介紹應用UBICOM公司的SX52BD單片機構建用于遠程電網監(jiān)測的嵌入式系統的具體方案，使基于單片機的測控設備可以方便地連接到以太網，實行電網參數的遠程網絡監(jiān)控。

　　為了保證電網的安全運行，了解電網運行狀況，需要對電網的各種運行參數(如三相電壓、電流、有功功率、無功功率等)進行實時監(jiān)測。嵌入式遠程電網監(jiān)測系統將現代計算機、通信、網絡及自動化技術融為一體，對配電網進行遠程監(jiān)測、協調和控制，從而優(yōu)化配電網絡。利用以太網的豐富資源及UBICOM公司高速單片機SX52BD構建分布式以太網嵌入測控系統是一種低成本、高可靠且快捷的技術方案。

　　1 系統結構

　　系統結構如圖1所示。監(jiān)控中心工作人員可通過以太網直接訪問分布在各監(jiān)控現場的監(jiān)測儀，了解各電網的運行狀況，從而采取相應措施。電網遠程監(jiān)控系統的核心部件是嵌入式電網監(jiān)測儀，與PC機+網卡+采集卡的以太網測控系統相比成本大為降低，實現了嵌入式系統的大眾化、普及化。

　　2 嵌入式電網監(jiān)測儀的結構功能

　　電網監(jiān)測儀對電網上的電壓、電流信號進行采樣和數據處理，在一定時間里保存數據，具體功能如下：

　　(1)實時監(jiān)測三相電壓Va、Vb、Vc和四相電流Ia、Ib、Ic和I0;

　　(2)監(jiān)測A、B、C三相功率因素;

　　(3)通過RJ45接口與以太網通信;

　　(4)保存整點時刻的電壓、電流數據、功率因素，保存月統計數據;

　　(5)用數碼管顯示，使用戶可以在現場查看和設置儀表的運行參數及歷史記錄。

　　該電網監(jiān)測儀結構如圖2所示。主要由單片機、電壓電流采樣模塊、功率因素監(jiān)測模塊，、以太網接口模塊等組成。完成對電網參數的監(jiān)測，實現信號處理、數據顯示及電網運行狀態(tài)顯示等功能。

　　2.1 單片機

　　單片機模塊是整個電網監(jiān)測儀的核心。主要完成兩大功能：(1)數據采集和處理;(2)實現以太網的接入。將經過電壓電流監(jiān)測模塊得到的三相實時電壓、三相實時電流和中線電流進行處理;實時監(jiān)測數據可通過RJ45接口傳給以太網，使監(jiān)控中心及時得到電網的相關參數;同時電網監(jiān)控軟件根據測試參數判斷電網運行狀況，電壓是否越限或過低等。

　　單片機選用UBICOM公司的8位超高速單片機SX52BD，每秒運行數據能力達1億次。由于UBICOM單片機的速度極高，能夠實現實時多任務操作，可以在MCU執(zhí)行數據采集和控制功能的同時把數據打包并傳送到互聯網上。用8位微控制器通過ISP接入互聯網，外圍器件少，系統成本低。UBICOM單片機屬RISC結構，芯片上有Flash程序存儲器，可以在安裝到系統后進行編程和調試。由于CPU采用并行流水作業(yè)方式，執(zhí)行一條指令只需要一個時鐘周期，工作在100MHz時指令執(zhí)行速度可達100MIPS，所有I/O可以通過編程靈活配置。

　　SX52BD單片機可以輕松地實現虛擬外設的功能。CPU通過執(zhí)行虛擬軟件模塊直接驅動普通I/0口實現硬件外設功能(如UART、I2C、SPI、Caller ID、FSK等)。即把許多需要硬件實現的功能接口，借助處理器的高速處理能力，通過編寫相應的軟件模塊實現。UBICOM公司用匯編語言實現了以太網TCP/IP協議棧。在外接一個以太網控制芯片(RTL8019AS)的情況下還可以實現互聯網(1EEE802.3)協議處理，使該單片機系統可以直接通過RJ45連到以太網上。

　　2.2電壓電流采樣模塊

　　根據采樣信號的不同，可分為直流采樣與交流采樣兩大類。直流采樣是把交流電壓、電流信號轉化為O～5V的直流電壓，再送到A/D轉換器進行轉換。即A/D轉換器采樣的模擬量為直流信號。它的主要特點是：數據刷新速度快，隨著元器件技術的發(fā)展，穩(wěn)定度、精確度大為提高。

　　交流采樣是相對直流采樣而言，直接對交流電壓和電流波形進行采樣，然后通過一定的算法計算出電壓、電流的有效值、有功功率、無功功率等。

　　交流采樣對環(huán)境溫度有一定要求，同時對A/D轉換器的轉換速度和采樣保持器要求較高;為了保證測量精度，一個周期內，必須保證足夠的采樣點數，而且采樣計算程序相對復雜，對CPU要求較高，因此該儀器采用直流采樣。其工作原理如圖3所示。

　　2.3功率因素檢測模塊

　　功率因素檢測模塊有兩大功能：

　　(1)判別電壓是超前還是滯后電流;

　　(2)判別功率因素大小。具體相關電路如圖4所示。當電壓超前電流時，U15B輸出為“1”;反之輸出為“0”。電壓、電流的正弦波形分別經過零比較器后(電路忽略)轉換為方波，輸入2/4譯碼電路。譯碼電路只有當A、B信號為“01”或“10”時，X端口才輸出Vref，對積分電路充電;當A、B信號為“00'’或“11”時，輸出端口為零。而A、B信號為“01”或“10'’的時間正是電壓、電流相位差的時間。時間越長，對電容C23充電的時間也越長。因此，電容上的電壓反映了相位差的大小。CPU經過數據處理可確定功率因素的大小。

　　2.4以太網接口模塊

　　以太網接口模塊選用RealTek公司的RTL8019AS全雙工以太網控制器，主要功能是處理以太網協議。它自帶16KB的SRAM，并通過RJ45接口與以太網通信。數據的流向為：請求信息從以太網來，通過RJ45送到RTL8019AS，處理后的數據包送人SX52BD協議棧，由協議棧對數據包進行解析，得到原始請求信息。請求信息再經過SX52BD的處理，產生回復信息。回復信息到以太網的過程與上述過程正好相反。

　　2.5其他模塊電路

　　EEPROM：CPU通過12C總線訪問EEPROM器件24C256。網頁就存儲在EEPROM中。EEPROM中的網頁內容通過主CPU的讀寫操作可以實現網頁的瀏覽、重新下載和更新。受容量的限制它不可能存儲大量頁面。

　　時鐘模塊電路：選用了時鐘芯片DSl2B887。它可以產生秒、分、時、日、星期、月及年等七個時標?？梢酝ㄟ^編程讀取和修改這些時標，也可以編程產生定時中斷。采用硬時鐘，可以不占用單片機的定時器資源，減輕軟件設計量。

　　看門狗電路：電網監(jiān)測儀的工作環(huán)境通常具有強烈的電磁干擾，在工作要求極高的情況下為了防止干擾，引入了看門狗電路。采用MAX813L芯片。該芯片具有監(jiān)控電路，如果程序在1.6s之內還不給MAX813L“喂狗信號”，它就會產生看門狗輸出，系統復位。