基于电力线载波通信的嵌入式电力数据监测系统.pdf

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1、第１２期李国洪等．基于电力线载波通信的嵌入式电力数据监测系统１３７７基于电力线载波通信的嵌入式电力数据监测系统李国洪罗秦（天津理工大学天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室，天津３００３８４）摘要为了更好地对农村地区和边远中小电站的电力数据进行远程测量、监控和储存，设计了一种基于电力线载波通信的嵌入式电力数据监测系统，详细介绍了系统硬件的整体设计方案和软件流程。关键词嵌入式电力数据监测系统电力线载波通信ＳＴＭ３２　多通道模数转换器中图分类号ＴＨ８６５　　　文献标识码Ａ文章编号　１０００-３９３２（２０１４）１２-１３７７-０４我国经济的高速发展带动了各行业的电力需2系统硬件求，在电能

2、使用量大幅度增加的情况下，电力公司2．1ＳＴＭ３２片上资源对电能数据的及时监测与分析受到了严重挑战。嵌入式电力数据监测系统选用３２位增强型为了满足电力公司对农村和边远中小电站电力数微控制器ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＶＥＴ６作为嵌入式系统的核［１］据监测与分析的精确性、实时性和可靠性需求，心。基于Ｃｏｒｔｅｘ-Ｍ３内核的ＳＴＭ３２芯片工作频率笔者提出了基于电力线载波通信的嵌入式电力数最高可达７２ＭＨｚ，片上不仅拥有５１２ＫＢｙｔｅ的据监测系统。Ｆｌａｓｈ，而且拥有６４ＫＢｙｔｅ的ＳＲＡＭ，它丰富的片上①1总体设计方案资源不但简化了硬件系统的设计，还有效降低了基于电力线载波通信的嵌入式电力数据监

3、测［２］系统功耗。ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＶＥＴ６片上的ＡＤＣ为１２系统由主机与从机组成（图１），从机搭载了采集位逐次逼近型模数转换器，它的各通道拥有单次、模块和电力线载波通信模块，主机不仅搭载了电连续、扫描和间断转换模式，转换结果以左对齐或力线载波通信模块，还设有数据存储模块和上位者右对齐方式保存于数据寄存器中，并且支持机通信模块。采集过程为：电压和电流信号经过ＤＭＡ数据传输模式。信号调理电路调理后，由模数转换器（ＡＤＣ）转换ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＶＥＴ６具有５个ＵＳＡＲＴ串行通信为数字信号，再由ＳＴＭ３２进行数据处理；开关量接口，发送与接收速率最高达４．５Ｍｂｉｔ／ｓ。芯片上信号通过Ｉ／Ｏ

4、端口输入，ＳＴＭ３２芯片以中断方式的灵活静态存储器控制器（ＦＳＭＣ）利用同（异）步读取；收集到的电力数据经过处理后，利用ＨＬ-存储器与ＰＣ卡接口（１６位）相连，能方便地外扩ＰＬＣ-Ｖ２．０电力线载波模块发送至主机进行储存，存储器。以便对历史数据进行查询；最后上位机通过2．2数据采集模块ＲＳ２３２与主机通信，发送控制信号并读取数据。具体设计包括两个部分：模拟量信号采集部分与开关量信号采集部分。该系统采集的模拟信号为高电压信号和大电流信号，因此采集时首先要将信号进行调理，得到模数转换器输入范围内的电压信号。其中各相电流信号需要通过电流互感器和电流变送器变换，各相电压信号则需要通过电压互感

5、器和电压变送图１　系统总体结构示意图①收稿日期：２０１４-０７-３０３１７８化工自动化及仪表第４１卷器来转换为合适的低电压信号（０．０～３．３Ｖ），最2．3数据传输模块后输入ＳＴＭ３２ＡＤＣ输入端口。该系统选用的电数据传输模块的作用是将从机收集到的电力压互感器与电流互感器来自西安铱星电子科技公数据通过电力线传输到主机中。该系统采用ＨＬ-司，其单相电压信号同步调理电路如图２所示，ＰＬＣ电力线载波通信模块，载波信号的调制方式２２０Ｖ交流电压经调压器转换为１００Ｖ交流电压，为ＦＳＫ，通信稳定、抗干扰能力强。载波中心频率通过调节限流电阻改变电压互感器ＳＰＴ２０４Ｅ的１１０ｋＨｚ，模块可以在过

6、零发送模式和正常发送模输入端电流，使ＳＰＴ２０４Ｅ输出端电流为２ｍＡ，通式间自由切换。模块使用ＨＬＰＬＣＳ５２０Ｆ芯片，这过调节运算放大器ＯＰ＿０７ｃｐ的反馈电阻就可以是专为电力线载波通信设计的一种高集成度ＦＳＫ得到需要的输出电压。单向电流信号调理电路采调制解调芯片，不仅集成了ＦＳＫ调制解调器，还用的电流互感器ＳＣＴ２５４ＥＫ的使用方法与拥有高速数字信号处理器（图４）。由于芯片中的［３］ＳＰＴ２０４Ｅ相似。ＦＳＫ解调器具有较低的灵敏度和较强的抗干扰性能，因此可以保证电力线载波通信的可靠性。图２　电压信号同步调理电路该系统的ＡＤＣ采用同步注入模式，配置ＡＤＣ通道１采样Ａ相电压电流，通道

7、２采样Ｂ相电压图４　ＨＬＰＬＣＳ５２０芯片接口电路电流，从而实现Ａ、Ｂ相电力数据的同步采样；再该系统的主机可以将收集到的电力数据上传通过三相电的特征（UＡ＋UＢ＋UＣ＝０和IＡ＋IＢ＋至监控中心的ＰＣ机，同时也方便计算机联网共IＣ＝０）就可计算出Ｃ相电力数据。通过设置定时享数据。由于ＲＳ-２３２串口通信性价比高，传输可器２的ＴＲＧＯ事件来触发Ａ／Ｄ转换，采样时间设靠性强，通信距离和数据传输速率合适，因此该系置为１．５个周期，使Ａ／Ｄ转换时间达到１μｓ，将转