基于SPCE061A電壓在線監(jiān)測設計

1、基于SPCE061A電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計摘 要為保證工礦企業(yè)等用電單位在生產時設備的可靠運行，需要一種能監(jiān)測電網中的電壓值、電壓狀況的智能儀表，而基于凌陽SPCE061A單片機就開發(fā)了一種監(jiān)測電壓的智能儀表，該儀表可實時采集、記錄、顯示電網中的電壓值，并存儲電網中的電壓跳變的時間和進行聲光報警。另外，該儀表通過無線通信的方式，將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠端操作站的上位機，由上位機的監(jiān)控軟件對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行處理1。該系統(tǒng)解決了人工完成時所帶來的兩大難題：一是現(xiàn)場環(huán)境差，尤其是在高壓中，人們不適合長期工作；二是人工記錄存在較大的誤差，且數(shù)據(jù)統(tǒng)計、處理都費時費力。并且該系統(tǒng)能實現(xiàn)“無人值守”，降低了工人

2、的勞動強度； 能及時準確地了解各監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)；查詢條件靈活多樣，查詢結果既可以是單個監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)，也可以是單個監(jiān)測點的統(tǒng)計數(shù)據(jù)或多個監(jiān)測點的統(tǒng)計數(shù)據(jù)；使用方便，操作簡單。此方案主要有以下幾個步驟：首先，對單片機原理進行深層研究，熟悉單片機的原理及編程技術；其次，參考文獻資料無線通信進一步的了解；再次，編寫基于單片機的電壓監(jiān)測測試程序，完成軟件設計；最后，設計框圖，完成電壓監(jiān)測儀的硬件設計2。關鍵詞：工礦企業(yè)，電網，電壓監(jiān)測儀，單片機控制，實時傳輸SPCE061A Based Online Monitoring System VoltageAbstractIn order to ensu

3、re industrial and mining enterprises and other electricity production units in the reliable operation of equipment, need a way to monitor the power grid voltage, the voltage status of intelligent instruments, and based on Sunplus SPCE061A MCU to monitor the voltage developed a smart meter,The instru

4、ment can be real-time collection, recording, display grid voltage value, and store the grid voltage transition time and the sound and light alarm.In addition, the instrument by way of wireless communications, will be on-site collection of data sent to the remote operator station PC, the PC monitorin

5、g software for processing field data.The complete system solutions manual brought two challenges: First, on-site environment is poor, especially in the high-pressure, people are not suitable for long-term work; second, larger error manual records and statistics, are time-consuming processingeffort.A

6、nd that the system can achieve lights-out and reduce labor intensity; to timely and accurate understanding of the monitoring data of the monitoring points; flexible query, the query results that can be a single monitoring point of the monitoring data, it can bestatistical data on a single monitoring

7、 point or more monitoring points of statistical data; easy to use, easy to operate. This program primarily designed from the following aspects: First, the deep study of the SCM principle, familiar with the principles of microcontroller and programming techniques; Secondly, reference materials for py

8、roelectric infrared sensors and wireless communications to further the understanding, familiar with the infrared heat releasethe working conditions of electrical sensors, optical isolation coupling circuit design and signal processing circuit; again, the preparation of the test based on single chip

9、voltage monitoring program, to complete the software design; Finally, the design diagram, complete the voltage monitor in the hardware design.Key words: Industrial and mining enterprises，Grid，Voltage detector， SCM control, Real-time transmission目 錄第一章 緒論11.1 電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)狀11.2 SPCE061A單片機電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)點21.

10、3 本設計的主要內容2第二章 SPCE061A簡介32.1 SPCE061A概論32.2 SPCE061A的芯片介紹32.3 SPCE061A的低電壓監(jiān)測/低電壓復位（LVD/LVR）62.4 SPCE061A的開發(fā)方法62.5 “61板”基本組成介紹72.6 SPEC061A最小系統(tǒng)72.7凌陽音頻解碼簡介8第三章 硬件設計123.1系統(tǒng)的總體設計方案123.2 電壓監(jiān)測儀的實現(xiàn)133.3系統(tǒng)硬件的實現(xiàn)133.4系統(tǒng)硬件設計14第四章 軟件設計164.1系統(tǒng)的總體程序流程164.2系統(tǒng)的中斷程序設計17第五章 結 論19參考文獻20致 謝21附 錄22第一章 緒論隨著經濟的發(fā)展，社會的進步，

11、生產管理自動化水平的不斷提高，特別是網絡的日益普及，電壓監(jiān)控系統(tǒng)在社會各行各業(yè)得到越來越廣泛的應用，尤其是在電力系統(tǒng)及其設施中。由于需要監(jiān)控的范圍廣、監(jiān)控點分散，需要花費大量的人力、物力和財力對設備進行維護和維修。維護人員不足和維護手段落后已經成為管理中的薄弱環(huán)節(jié)。因此，為提高維護管理自動化水平、保障設備的安全和正常運行，實現(xiàn)電壓在線監(jiān)測和實時報警已勢在必行，而國外很多國家也應用了電壓監(jiān)測儀這種系統(tǒng)，如美國則利用很多先進的電壓監(jiān)測儀監(jiān)測線路中的電壓，以防止電壓出現(xiàn)跳變3。據(jù)統(tǒng)計，以前我國工礦企業(yè)的電壓監(jiān)測大都需要人工來完成，這樣必然產生如下弊端：一是現(xiàn)場環(huán)境差，尤其是在高壓中，人們不適合長期工

12、作；二是人工記錄存在較大的誤差，且數(shù)據(jù)統(tǒng)計、處理都費時費力。因此出現(xiàn)了電壓監(jiān)測儀這種“無人值守”的系統(tǒng)，降低了工人的勞動強度，為公司和各個企業(yè)帶來了很大的方便。1.1 電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)狀我國現(xiàn)有的電壓監(jiān)測儀存在很多問題4：（1）時間精度和事件順序的正確性不高；系統(tǒng)停電時，儀器時鐘芯片大都選擇后備電池供電。在電網頻繁停電、閃變、打雷、閃電等惡劣條件下，時鐘容易出錯，導致統(tǒng)計結果出錯。（2）通訊方式和接口落后；儀器大多采用的串行通訊接口，往往速率低，誤碼率高， 接口已經很難適用信息技術迅速發(fā)展的今天。并且，新型的筆記本電腦已經不配備這種口，從而影響裝置與電腦的匹配；還有采用定時打印電壓數(shù)據(jù)或I

13、C(Integrated Circuit)卡讀取電壓數(shù)據(jù)，安裝調試方便，但是需要人工抄錄統(tǒng)計數(shù)據(jù)，也有利用無線通信系統(tǒng)或電話Modem傳輸方式，雖然使用方便，但需要自己對通信網絡進行維護或租用公共網，費用高。(3)儀器規(guī)格多且大多屬于單相電壓測量，應用范圍窄；由于電網電壓有10 kV，35 kV，110 kV，220 kV等多種規(guī)格，以往電壓監(jiān)測儀一般1臺儀器只能適用1種電網電壓規(guī)格，造成儀器規(guī)格種類多。(4)版本升級困難、功耗大、精度低等，難以滿足統(tǒng)計和控制的精度要求；大多數(shù)裝置不能實現(xiàn)在線寫入程序，工作電壓為5 V損耗較大，模數(shù)轉換器ADC (Analog to DigitalConver

14、ter)轉換精度往往是8位或10位，誤差相對較大，難以滿足統(tǒng)計和控制的精度要求。1.2 SPCE061A單片機電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)點基于凌陽SPCE061A單片機開發(fā)的一種監(jiān)測電壓的智能儀表，可實時采集、記錄、顯示電網中的電壓值，并存儲電網中的電壓跳變的時間和進行聲光報警。另外，該儀表通過無線通信的方式，將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠端操作站的上位機，由上位機的監(jiān)控軟件對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行處理，對公司和各個企業(yè)帶來了很大的方便4。該系統(tǒng)可以解決人工完成時所帶來的兩大難題：一是現(xiàn)場環(huán)境差，尤其是在高壓中，人們不適合長期工作；二是人工記錄存在較大的誤差，且數(shù)據(jù)統(tǒng)計、處理都費時費力。并且該系統(tǒng)能實現(xiàn)“無人值守”

15、，降低了工人的勞動強度； 能及時準確地了解各監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)；查詢條件靈活多樣，查詢結果即可以是單個監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)，也可以是單個監(jiān)測點的統(tǒng)計數(shù)據(jù)或多個監(jiān)測點的統(tǒng)計數(shù)據(jù)；使用方便，操作簡單1.3 本設計的主要內容利用凌陽SPCE061A單片機設計一款可以解決現(xiàn)在電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)不足的現(xiàn)狀，解決電壓監(jiān)測儀的許多問題。首先，要學習和了解SPCE061A單片機的基本知識；其次，參考文獻對電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)做進一步的了解，熟悉它們的工作環(huán)境，提出有效的設計工作方案；再次，查閱大量文獻資料進行硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設計，編輯程序，進入實驗室做實驗，對系統(tǒng)進行調試；最后，設計框圖，完成設計。第二章 SPCE0

16、61A簡介2.1 SPCE061A概論SPCE061A是凌陽科技研發(fā)生產的性價比很高的一款十六位單片機，具有易學易用且效率較高的一套指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中支持標準C語言，可以實現(xiàn)C語言與匯編語言的相互調用，并且提供了語音錄放和語音識別的函數(shù)庫，只要了解函數(shù)庫的使用方法，就可以很容易得完成語音錄放，為軟件開發(fā)提供了方便的條件。SPCE061A主要包括輸入/輸出端口、定時器/計數(shù)器、數(shù)/模轉換、模/數(shù)轉換、串行設備輸入/輸出、通用異步串行接口、低電壓監(jiān)測和復位等電路，并且內置在線仿真電路ICE接口，使其能夠快速的處理復雜的數(shù)字信號5。2.2 SPCE061A的芯片介紹61 板的核心是凌

17、陽16 位單片機SPCE061A。SPCE061A 是凌陽科技研發(fā)生產的性價比很高的一款十六位單片機，它采用高性能的凌陽科技自主知識產權的n SP 內核，具有豐富的硬件資源，并集成了ICE（在線仿真電路）接口，可以直接利用該接口對芯片進行下載（燒寫）、仿真、調試等操作，SPCE061A的結構如圖2-1所示。SPCE061A芯片的特性參數(shù)6：（1）工作電壓：(CPU) VDD 為2.43.6V ，(I/O) VDDH 為VDD5.5V；（2）CPU 工作速率：0.32MHz49.152MHz；（3）CPU：16 位n SP 內核，支持16 位加法運算、1616 位硬件乘法、DSP 的內積濾波運算

18、；（4）SRAM 容量：2K 字RAM；（5）程序存儲器容量：32K 字FLASH；（6）并行I/O 端口：2 組16 位可編程輸入/輸出端口：IOA150，IOB150；（7） ADC：7 通道10 位電壓ADC（Line_ IN）和單通道10 位聲音ADC（Mic _ IN）；（8）單通道聲音模-數(shù)轉換器輸入通道內置麥克風放大器和自動增益控制(AGC)功能；（9）DAC：2 個10 位DAC(數(shù)-模轉換)輸出通道音頻輸出方式；（10）中斷源：14 個中斷源，分別來自Timer A/B、時基信號發(fā)生器、外部中斷、觸鍵喚醒；（11）定時器/計數(shù)器：雙16 位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預置初始

19、計數(shù)值)；雙通道PWM 輸出；（12）UART：提供了一個全雙工UART 接口；（13）SIO：提供了一個串行同步設備接口；（14）晶振采用32768Hz；（15）具備清除時間周期為0.75 秒的看門狗；（16）節(jié)電功能：具備弱振方式、睡眠方式；（17）具有凌陽格式語音播放、語音錄放和語音識別功能；（18）具有低電壓復位、低電壓監(jiān)測、保密功能等。 16位微控制器unSPTM+ICEFLASHRAM鎖相環(huán)CPU時鐘振蕩器 實時時鐘低電壓監(jiān)測/低電壓復位雙16位定時器/計數(shù)器時基中斷控制7通道10位ADC單通道ADC+AGC雙通道10位DAC串行輸入輸出接口32管腳通用輸入輸出端口MIC-INAU

20、D1AUD2IOB0IOB1ICE-ENVCPXI/RICE-SCKK XOICE_SDA圖2-1 SPCE061A的結構另外，SPCE061A單片機具有易學易用的效率較高的一套指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中，支持標準C語言，可以實現(xiàn)C語言與凌陽匯編語言的互相調用，并且提供了語音錄放的庫函數(shù)，只要了解庫函數(shù)的使用，就會很容易完成語音錄放。 SPCE061A具有PLCC84和LQFP80兩種封裝形式7，其中封裝形式為PLCC84的SPCE061A共有84個引腳，在84個引腳中有空腳15個，引腳功能見表2-1。表2-1 引腳功能表引腳名引腳功能IOA0IOA15(4148,53,5460腳)I

21、/O口，共16個IOB0IOB15(51,8176,6864腳)I/O口，共16個OSC32I(13腳)振蕩器輸入，外接晶體振蕩器的一個輸入腳OSC32O(12腳)振蕩器輸出，外接晶體振蕩器的一個輸出腳XRESB(6腳)復位輸入，如這個腳輸入低電平，會使控制器被重置復位XICE（16腳）ICE使能端，接在線調試器PROBE的使能腳ICE_ENXICESCK(17腳)ICE時鐘腳，接在線調試器PROBE的時鐘腳ICE_SCKXICESDA(18腳)ICE數(shù)據(jù)腳，接在線調試器PROBE的數(shù)據(jù)腳ICE_SDAPVIN（20腳）程序保密設定腳PFUSE（29腳）程序保密設定腳DAC1（21腳）音頻輸出

22、通道1DAC2（22腳）音頻輸出通道2VREF2（23腳）2V參考電壓輸出腳AGC（25腳）語音輸入自動增益控制引腳OPI（26腳）Microphone的第二運放輸入腳MICOUT（27腳）Microphone的第一運放輸出腳MICN（28腳）Microphone的負向輸入腳MICP（33腳）Microphone的正向輸入腳VRTPAD（35腳）A/D轉換外部參考電壓輸入腳VCM（34腳）ADD參考電壓輸出腳VMIC（37腳）Microphone電源XSLEEP（63腳）睡眠狀態(tài)指示腳。當CPU進入睡眠狀態(tài)時，該腳輸出一個高電平VCP(8腳)鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入XROMT、PVPP、XT

23、EST(61、69、14腳)出廠測試用引腳，懸空即可VDDH(51、52、75腳)I/O邏輯電平參考，該點輸入一個5V的參考電壓，則I/O輸入輸出高電平為5VVDD(7腳)PLL鎖相環(huán)電源VSS(9腳)鎖相環(huán)地VDD(36腳)模擬電源VSS(19、24腳)模擬地VSS(38、49、50、62腳)數(shù)字地VDD(15腳)數(shù)字電源2.3 SPCE061A的低電壓監(jiān)測/低電壓復位（LVD/LVR）SPCE061A可通過編程來啟用低電壓監(jiān)測和低電壓復位功能，可對系統(tǒng)的電源電壓進行監(jiān)控，使系統(tǒng)能運行在一個正常、可靠的工作環(huán)境，一旦出現(xiàn)電源異常的情況能立即采取相應的措施，使系統(tǒng)及時恢復正常。如圖2-2所示。

24、1001 LVD00LVRResult of LVD2.2V(LVR)3.2V2.8V2.4Vb0 b1 of P_LVD-_Ctrl(W) ($7019H)圖2-2低電壓監(jiān)測/低電壓復位（1）低電壓監(jiān)測LVD 低電壓監(jiān)測功能可以提供系統(tǒng)內部電源電壓的使用情況。如果系統(tǒng)電壓VCC低于用戶設定的低限電壓VLVD，P_LVD_Ctrl單元的第15位(LVD監(jiān)測標志位)將被置為1；反之，當VCCVLVD時，該位被置為0。（2）低電壓復位LVR當電源電壓低于2.2V時，系統(tǒng)會變得不穩(wěn)定且容易出錯，導致電源電壓過低的原因很多，如電壓的反跳、負載過重、電池電量不足等情況。如果電源電壓低于2.2V時，會在4

25、個時鐘周期之后產生一個復位信號。2.4 SPCE061A的開發(fā)方法SPCE061A的開發(fā)是通過在線調試器PROBE實現(xiàn)的。它既是一個編程器（即程序燒寫器），又是一個實時在線調試器。用它可以替代在單片機應用項目的開發(fā)過程中常用的軟件工具硬件在線實時仿真器和程序燒寫器。它利用SPCE061A片內置的在線仿真電路ICE（In- Circuit Emulator）接口和凌陽公司的在線串行編程技術。PROBE工作于凌陽IDE集成開發(fā)環(huán)境軟件包下，其5芯仿真頭直接連接到目標電路板SPCE061A相應管腳，直接在目標電路板上的CPUSPCE061A調試、運行用戶編制的程序。PROBE的另一頭是標準25針打印

26、機接口，直接連接到計算機打印口與上位機通訊，在計算機IDE集成開發(fā)環(huán)境軟件包下，完成在線調試功能。2.5 “61板”基本組成介紹“61板”是SPCE061A ENU BOARD 的簡稱，是以16位單片機SPCE061A為核心的精簡開發(fā)仿真實驗板，是凌陽大學計劃專為大學生與電子愛好者設計的簡易開發(fā)裝置，也可作為單片機項目初期研發(fā)使用，“61板”除了具備單片機最小系統(tǒng)電路外還包括有電源電路、音頻電路（含MIC輸入部分和DAC音頻輸出部分）、復位電路等，而且體積小，采用電池供電。 “61板”具體能完成以下實驗內容：（1）20多個基礎實驗：內含單片機常用的功能，包括I/O、中斷、定時、A/D轉換和D/

27、A轉換等方面。（2）綜合實驗：配合學校要求學生動手環(huán)節(jié)，要求搭配必要的電路來完成，包括鍵盤、數(shù)碼管、液晶、USB及外擴Flash等模組的實驗。（3）語音處理實驗：提供包括三種應用于不同場合、不同壓縮比的放音，錄音(DVR)及語音辨識等實驗。另外，SPCE061A具有1616位的乘法運算和內積運算的DSP功能，這不僅為它進行復雜的語音數(shù)字信號的壓縮編碼與解碼提供了便利，還可以做數(shù)字濾波器。2.6 SPEC061A最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)接線8如圖2-4所示，在OSC0、OSC1端接上晶振及諧振電容，在鎖相環(huán)壓控振蕩器的容阻輸入VCP端接上相應的電容電阻后即可工作。其它不用的電源端和地端接上0.1uF的去

28、藕電容以提高抗干擾能力。圖2-4 SPCE061A最小系統(tǒng)2.7凌陽音頻解碼簡介SPCE061A內置了專用的MIC輸入通道和音頻輸出DAC9，并具有較高的處理速度，非常適合對音頻信號的處理。未經處理的音頻資源數(shù)據(jù)較大，對于單片機來說，數(shù)據(jù)的存儲和傳輸都比較困難，這使得音頻壓縮編碼變成音頻處理的重要環(huán)節(jié)。為方便用戶將SPCE061A應用于語音產品，凌陽公司提供了多種音頻編解碼算法及其API函數(shù)庫，即SACM_LIB（文件名為SACMV26e.lib，26e為版本號）。如下為SACM_LIB庫中包含的常用音頻解碼算法如圖表2-2所示12。表2-2 SACM-LIB庫中模塊及其算法類型模塊名稱語音壓

29、縮編碼率類型特點SACM-A200016kb/s,20kb/s,24kb/s高質量、高碼率、適于高保真語音/音樂SACM-S2402.4kb/s壓縮比大，計算量大，音質不高，廉價SACM-S4804.8kb/s,7.2kb/s綜合參數(shù)和波形編碼的優(yōu)點表 2-3 SACM_AS480庫函數(shù)函數(shù)名稱 功能參數(shù)返回值SACM_S480_Initial語音播放初始化Init_ Index：0-手動方式，1-自動方式1：初始化失敗0：初始化成功SACM_S480_ServiceLoop從資源中獲取語音資料，填入解碼隊列中，并進行解碼等操作。無無SACM_S480_Play開始播放Speech _Inde

30、x：語音索引號 Channel：1-通過DAC1播放，2-通過DAC2播放，3-通過DAC1和DAC2同時播放 Ramp_Set：0-禁止淡入淡出效果，1-聲音淡入，2-聲音淡出，3-聲音淡入淡出無SACM_S480_Stop停止播放語音無無SACM_S480_Pause暫停播放語音Volume_Index：音量大小，范圍為0-15無SACM_S480_Resume恢復暫停播放的語音無bit0=0： 語音播放完成bit0=1：語音在播放中SACM_S480_Volume設置播放音量Channel：1-通過DAC1播放，2-通過DAC2播放，3-通過DAC1和DAC2同時播無SACM_S480_

31、Status獲取語音播放的狀態(tài)無bit0=0： 語音播放完成bit0=1： 語音在播放中SACM_S480_InitDecode初始化譯碼隊列Channel：1-通過DAC1播放，2-通過DAC2播放，3-通過DAC1和DAC2同時播放無SACM_S480_Decode對語音資源進行譯碼無無SACM_S480_FillQueue將語音編碼資源填入語音隊列中等候譯碼處理Encoded_Data：語音編碼資源無SACM_S480_TestQueue獲取語音隊列的狀態(tài)無0： 語音隊列不空不滿1： 語音隊列滿 2：語音隊列空F_FIQ_Service_SACM_S480中斷服務子程序，將解碼后的語音資

32、料送入DAC通道播放無無本設計中采用SACM_S480，故只介紹此模塊：SACM_S480壓縮算法的壓縮比較大，雖然音質沒有SACM_A2000好，但是適用于對音質要求不是很高的語音播放場合。常用的SACM_AS480庫函數(shù)如表 2-3：SACM_S480語音播放也分為“自動”和“手動”兩種模式?！白詣印迸c“手動”指的是程序獲取語音資源的方法。自動播放模式調用庫函數(shù)自動從FLASH中獲取語音資源并填入隊列，程序簡潔易用；而在手動播放模式中，語音資源要通過用戶程序手動獲取，增強了程序的靈活性。而本系統(tǒng)采用自動播放流程，圖2-5是自動播放程序流程。SACM_S480初始化將語音資料壓縮播放獲取語音

33、數(shù)據(jù)并解碼等待中斷播放圖2-5 語音播放流程無論自動播放還是手動播放，將解碼后的語音數(shù)據(jù)通過DAC播放出來的過程都是在中斷服務程序中完成的。SACM_S480在播放初始化時會打開FIQ_ Timer A 中斷，并將Timer A溢出頻率設置為16KHz。SACM_S480自動放音流程如圖2-6所示，用戶需要在FIQ_TMA中斷服務程序中調用F_FIQ_Service_SACM_S480函數(shù)完成語音播放。開始用語音播放初始化函數(shù)SACM_S480_Initial（）調用語音播準備播放函數(shù)SACM_S480_Play（）判斷語音播放是否結束SACM_S480_Status（）調用語音播放系統(tǒng)服務函

34、數(shù)SACM_S480_ServiceLoop（）清看門狗停止語音播放SACM_S480_Stop（）返回YN圖 2-6 SACM-S480 自動播放流程第三章 硬件設計3.1系統(tǒng)的總體設計方案 軟件時鐘模塊算法運算及數(shù)據(jù)處理串口通信A/D轉換I/O接口傳感器LED顯示操作按鈕聲光報警數(shù)傳電臺數(shù)傳電臺串口通信個人計算機（PC）無線通信現(xiàn)場電壓凌陽SPCE061A圖3-1 基于SPCE061A電壓在線監(jiān)測設計方案電壓監(jiān)測儀是基于SPCE061A單片機實現(xiàn)的，其主要的系統(tǒng)工作原理是：通過改變電壓，使不同的電壓值經變送器或傳感器轉換為標準的電壓模擬量信號，凌陽SPCE061A單片機采集該模擬量信號并進

35、行A/ D 轉換，處理、存儲A/ D 轉換后的數(shù)據(jù)，并與原來設定的電壓范圍相比較，當現(xiàn)場電壓值不在原來設定的范圍值內時，單片機SPCE061A便會驅動聲光報警，通過LED 顯示出當時的電壓值。同時通過軟件時鐘模塊記錄電壓出現(xiàn)跳變的時間，通過RS232串口與本端的數(shù)傳電臺連接，發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)傳電臺是連接現(xiàn)場電壓監(jiān)測儀與遠端上位機的橋梁。在本系統(tǒng)中，通過無線通信的方式完成數(shù)據(jù)的遠程通信。PC 機負責接收、處理無線通信發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。應用VB6. 0 編寫的監(jiān)控軟件，可實現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)庫管理和曲線顯示等功能10。3.2 電壓監(jiān)測儀的實現(xiàn)電壓監(jiān)測儀硬件電路的核心元件是SPCE061A ，它是凌陽科

36、技推出的一款16 位微控制器。其主要特點就是高度的功能集成，并且易于擴展。幾個關鍵的性能參數(shù)如下：工作電壓為2. 63. 6 V ；工作頻率為0. 3248. 152 MHz ；2 K的SRAM和32 K的FAL SH ROM ；32 位可編程的多功能I/ O 端口；2 個16 位定時器/ 計數(shù)器；32 768 Hz實時時鐘；8 通道10 位模/ 數(shù)轉換輸入并具有內置自動增益控制功能的麥克風輸入方式；雙通道10 位DAC 方式的音頻輸出功能;通用異步全雙工串行通信接口UART ；具有RS232 標準的發(fā)送/ 接收時序；串行設備接口SIO ；可與串行外圍設備進行串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?.3系統(tǒng)硬件的實

37、現(xiàn)系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)參考圖 3-1，核心控制部分采用61板，傳感器采用霍爾電壓傳感器來采集不同的電壓值。電壓傳感器11有五只接線端子。其中兩只為原邊端子：被測電壓輸入端十；被測電壓輸入端一。另外三只為副邊端子：+端：電源+15V；端：電源-15V；M 端：信號輸出端。電壓傳感器12的接線方法：+HT + CHV-100 M-HT 15V15VOUT公共地VPRRm圖3-2 電壓傳感器接線圖3.4系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)組成如圖 3-1，主要由單片機、傳感器組、顯示電路、語音輸出電路、PC機控制電路等部分組成。（1）LED顯示電路設計LED顯示可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，該系統(tǒng)采用動態(tài)顯示。在空閑狀態(tài)下，LE

38、D 顯示當前時間；查詢狀態(tài)下，顯示電壓出現(xiàn)跳變的時間和出現(xiàn)跳變的次數(shù)；可通過操作按鈕前后翻查。在多位LED顯示時，為了簡化電路、降低成本，將所有位的段選碼并聯(lián)在一起，由一個8位I/O控制，而共陰極點或共陽極點分別由相應的I/O口線控制，圖3-3所示為一個8位LED動態(tài)顯示器電路。LED數(shù)碼管原理：LED1LED2LED3LED4LED5LED6dpefabgcddpefabgcddpefabgcddpefabgcddpefabgcdabcdefgdp輸出端輸入端SEGDIG1DIG2DIG3DIG4DIG5DIG6dpefabgcd圖3-3 LED動態(tài)顯示器電路從LED顯示器的原理可知，為了顯

39、示字母與數(shù)字，必須最終轉換成相應的段選碼，這種轉換可以通過硬件譯碼器或軟件進行譯碼。（2）鍵盤模塊鍵盤電路如圖3-4所示。K1K2IOA0IOA1+5VS1S2圖3-4 鍵盤電路兩個按鍵所代表的含義如下：正常運行狀態(tài)下：KEY1：空閑狀態(tài)，顯示當前時間。KEY2：返回正常運行狀態(tài)。查詢狀態(tài)：KEY1：顯示電壓出現(xiàn)跳變的時間和出現(xiàn)跳變的次數(shù)。（3）聲光報警聲光報警是指當電網中電壓出現(xiàn)跳變時，同時用燈光和聲音對現(xiàn)場操作人員進行提示，聲光報警的指示燈接IOA11 。語音報警是指語音輸出模塊將SPCE061A 單片機由DAC1 輸出的語音信號由外接喇叭輸出，其揚聲器報警電路如圖3-5所示。圖3-5 揚

40、聲器報警電路第四章 軟件設計4.1系統(tǒng)的總體程序流程系統(tǒng)的總體程序流程：開機后執(zhí)行主程序，先通過軟件初始化，輸入/輸出（I/O）口和ADC轉換，然后設置、啟動中斷，其次掃描按鍵，若有按鈕按下，LED顯示查詢狀態(tài)，若沒有按鈕按下，LED顯示空閑狀態(tài)，最后返回中斷處，進行下一次的掃描。圖4-1所示為主程序的流程圖。主程序初始化I/O設置和ADC轉換設置、啟動中斷有無按鈕按下？LED顯示空閑狀態(tài)LED顯示查詢狀態(tài)YN圖4-1 主程序流程圖4.2系統(tǒng)的中斷程序設計（1）中斷程序設計：當程序檢測到有中斷源時，將執(zhí)行中斷程序，圖 4-2為中斷流程圖。中斷程序軟件時鐘啟動A/D轉換連續(xù)采樣8次，平均值濾波串

41、口通信返回圖4-2 中斷程序SPCE061A的結構有三種類型的中斷：軟件中斷、異常中斷和事件中斷。而本設計中采用的是事件中斷。事件中斷可分為兩種方式：快速中斷請求即FIQ中斷和中斷請求即IRQ中斷。該系統(tǒng)通過Timer A溢出信號產生FIQ 中斷，每0. 25 s中斷一次。并在中斷服務子程序做相應的操作：如軟件時鐘、A/ D轉換、串口通信等（2）A/D轉換SPCE061A內置8通道10位模-數(shù)轉換器，其中7個通道用于將模擬量信號（如電壓信號）轉換為數(shù)字量信號，可以直接通過引線（IOA0-6）輸入；另一個通過IOA7只應用于語音輸入，即通過內置自動增益控制的麥克風通道輸入。實際上，可以把模數(shù)轉換

42、器(ADC)看作是一個實現(xiàn)模/數(shù)信號轉換的編輯器，在ADC內，由數(shù)模轉換器DAC0和逐次逼近寄存器SAR組成逐次逼近式模/數(shù)轉換器。向P_ADC_Ctrl(寫)單元第0位（ADE）寫入1可激活ADC。系統(tǒng)默認ADC采用自動方式工作，用那個鍵ADC的最高速率限定為（Fosc/32/12）Hz，如果速率超過此值，當從P_ADC(讀)單元讀出數(shù)據(jù)時會發(fā)生錯誤。 當10位A/D轉換完成時，RDY會被置為1。此時，用戶通過讀取P_ADC(7014H)或P_ADC_MUX_Data(702CH)單元就可以獲得10位A/D轉換的數(shù)據(jù)。從該單元讀取數(shù)據(jù)后，又會使RDY自動清0來重新開始進行A/D轉換。若未讀取

43、數(shù)據(jù)，RDY繼續(xù)保持為1，不會啟動下一次的A/D轉換。而外部信號是由LIN_IN1-7，即IOA0-6或通道MIC_IN輸入。實際程序中，連續(xù)采樣8 次現(xiàn)場數(shù)據(jù)，進行平均值濾波,，該平均值為A/ D 轉換結果。（3）串口通信設計SPCE061A內置有2個串行通信模塊，一個是通用異步串行通信UART，主要用于異步串行通信；另一個是串行外圍設備模塊SIO，主要用于擴展串行存儲器。該系統(tǒng)采用的是SPCE061A 單片機的UART的串行接口13，該接口為全雙工標準的串行接口，用于完成SPCE061A與外設（如PC機）之間的串行通訊。借助于IOB口得特殊功能和UART IRQ中斷可以同時完成數(shù)據(jù)的接收和

44、發(fā)送。而UART模塊的接收管腳RX和發(fā)送管腳TX分別與IOB7和IOB10 共用。在進行通信時，為保證UART 的正常通信，必須將 IOB7 和IOB10 應分別被設置成輸入和輸出口。雖然，計算機的RS-232端口與一般計算機上的UART接口從數(shù)據(jù)收發(fā)的時序上看是一樣的協(xié)議，但是表示邏輯的“1”，“0”的規(guī)定電平是不一樣的，即電平是不兼容的，故單片機不能直接與計算機的串行口通信，故單片機應采用RS-232C通信標準。第五章 結 論根據(jù)實際應用的需要，本系統(tǒng)采用了相關領域的新技術和新器件，結合了基于SPCE061A單片機的電壓監(jiān)測儀具有可實時采集、記錄、顯示電網中的電壓值，并存儲電網中的電壓跳變

45、的時間和進行聲光報警的優(yōu)點，另外，該儀表通過無線通信的方式，將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠端操作站的上位機，由上位機的監(jiān)控軟件對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行處理，使其成為對監(jiān)測電壓的理想系統(tǒng)。該智能監(jiān)測系統(tǒng)具有多種功能，通過對本系統(tǒng)的研制和測試，該系統(tǒng)具有結構簡單、性能可靠、靈敏度高、智能化等特點，研究結果表明：本系統(tǒng)對于高壓電路以及遠程控制的電網可以準確計數(shù)、顯示，并將計數(shù)結果進行存儲和處理，且能與計算機實行實時傳輸，方快捷、易操作，為電壓監(jiān)測管理提供原始數(shù)據(jù)。然而，隨著社會的進步，該系統(tǒng)還有很多需要改進的地方，例如：電壓在發(fā)生跳變時，不能過濾隨機干擾的系統(tǒng)電壓，不能提高采集精度，缺乏安全可靠的數(shù)據(jù)備份等等，在這

46、些方面都需要有很好的改進。參考文獻1 李戰(zhàn)勝,方康玲,付旭.基于SPCE061A單片機實現(xiàn)的電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)D.湖北:武漢工業(yè)學院電氣信息工程系,2005 2 凌陽科技.凌陽16位單片機開發(fā)實例M.北京:北京航空航天大學出版社,2006:8-223宗建華,電測與儀表J.電測與儀表,2002,第8期:31-354王文珍,高宏,張萍.一種基于MSP430單片機技術的新型電壓監(jiān)測儀D.山西:山西電力科學研究院,20075孔祥洪,董昌春,王令群.凌陽16位單片機實訓教程M.北京:北京航空航天大學出版社,2009:110-1806侯媛彬,袁益民,霍漢平,王勇,鄭英華.凌陽單片機原理及其畢業(yè)設計精選M.北京:科學出版社,2006:133-1677凌陽16位單片機在2005年全國大學生電子競賽中的應用D.凌陽:凌陽教育科技推廣中心,20068畢業(yè)設計指導手冊D.凌陽:凌陽教育科技推廣中心,20069李光弟.單片機基礎M.北京:北京航天航空大學出版社,1994:35-5810網冠科技.Visual Basic6.0控件時尚編程百例M.北京:機械工業(yè)出版社,2001:80-12011王元慶. 新型傳感器原理及應用M.機械工業(yè)出版社,