基于ARM和以太網的遠程電參數(shù)測量技術研究

1、基于arm和以太網的遠程電參數(shù)測量技術研究 針對目前各地用電及收費管理不便的問題，文中討論了基于和以太網的遠程電參數(shù)測量技術。該技術主要用于對電參數(shù)的采集和存貯。主控制器采納32位的arm微處理器f103v，接口硬件設計協(xié)作上位機顯示電參數(shù)。上位機采納的datasocket枝術編寫實現(xiàn)顯示功能。通過上下位機的結合，完成電能的計量，進而便利收費管理。隨著人們用電管理方式逐步、向著越發(fā)智能、高效和網絡化的充實。文中結合網絡技術，采納高性能的以太網控制芯片w5100，利用專用的電能計量芯片cs5460a討論了電參數(shù)的遠程傳輸。通過w5100嵌入以太網，可以實現(xiàn)數(shù)據的遠程傳輸，有效地將經cs5460a

2、采集的值、值及功率值傳送至pc，較好地完成了電能計量和收費管理。1 系統(tǒng)總體計劃設計設計采納 logic公司專用的電能計量芯片cs5460a、wiznet公司生產的以太網控制器w5100、st公司推出的stm32f103v作為cpu，以及顯示、網絡911105a、rj45接口等。系統(tǒng)框圖1所示。圖1 系統(tǒng)框圖2 系統(tǒng)硬件設計2.1 w5100及cs5460aw5100是一款多功能的單片網絡接口芯片，內部集成10/100以太網控制器，主要應用于高集成、高穩(wěn)定、低成本的系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)沒有操作系統(tǒng)的internet銜接。w5100內部集成了全硬件的且經過多年實踐驗證的tcp/ip協(xié)議棧，同時內部還

3、集成有16 kb存儲器用于數(shù)據傳輸。cs5460a是一個包含兩個模數(shù)轉換器()、功率計算功能、電能到頻率轉換器、高速電能計算功能和一個串行接口的高度集成的模數(shù)轉換器。它可以精確測量瞬時電壓，電流和計算有功電能、無功功率、瞬時功率、irms、vrms，用于研制開發(fā)單相、2線和3線電表。為便于與外部控制器間的信號傳輸，cs5460a集成有一個容易的三線穿行接口，該串口與spitm兼容。2.2 前端調理設計利用互感器與精密網絡組成的調理電路，將電壓和電流轉換成為芯片可以接受的小電壓、電流信號，該計劃設計容易、精度高，且實現(xiàn)了芯片與電網隔離，保證了芯片的平安，硬件電路2所示。圖2 前段調理電路2.3

4、數(shù)據測量及采集2.3.1 電流和電壓測量cs5460a可以利用電壓互感器或組織比較大的分壓電阻測量電壓，用法價格比較低的電流互感器或分流器測量電流。cs5460a具有功率計算引擎和電能-脈沖轉換雙通道adc。電壓通道輸入引腳vin±，兩端輸入一電壓信號波，經10倍增益放大，再通過2 nd調制數(shù)字化。同時，電流通道輸入引腳iin±兩端輸入一電壓信號波，為適應不同電平的輸入電壓，電流通道集成有一個增益可編程放大器(pga)，使輸入電平量程可選為±250 m vrms或±50 m vrms。通過4th調制器來數(shù)字化。兩個調制器的采樣速率為mclk/8。兩個通道

5、都提供了一個可選的高通，加入信號通路，以在vrms/irms有功功率之前除去電流電壓信號中的直流成分。數(shù)字濾波器輸入字是基于dc偏移量調節(jié)和增益校準。校準后測量的瞬時電壓，電流是有效的。rms值是利用最近的n格瞬態(tài)電壓/電流采樣值計算，這些值可以從irms和vrms寄存器中讀出3 通信接口的軟件設計上位機的軟件設計部分，采納labview的datasocket技術編寫，datasocket能便利地實現(xiàn)測試中斷和現(xiàn)場儀器之間的數(shù)據交換，同時滿足時采取、平安性的指標要求。系統(tǒng)軟件流程圖3所示。圖3 系統(tǒng)軟件流程圖3.1 客戶端接收服務器發(fā)出的數(shù)據客戶端接收服務器發(fā)出的數(shù)據即datasocket，讀

6、取w5100內部寄存器所存儲數(shù)據的應用程序框圖4所示。圖4 接受數(shù)據回路的設計數(shù)據經服務器w5100上傳，經datasocket read控件讀取再發(fā)送給遠程控制面板，先在datasocket read側解釋數(shù)據類型，或由變體值數(shù)據轉換節(jié)點variant todata轉換數(shù)據類型，并在pc顯示，所顯示數(shù)值與服務器端發(fā)送的所采集的數(shù)據全都，達到了遠程監(jiān)控測試系統(tǒng)給的目的，同時用一個寫測量文件(write labviewmeasurement file express vi)來保存數(shù)據以便利存取和查看。在框圖里，“connection in”輸入的是w5100所保存的url，而數(shù)值顯示控件顯示所測

7、得的電參數(shù)。顯示和保存歷史數(shù)據程序框圖5所示。圖5 讀取你是數(shù)據程序框圖3.2 客戶端給服務器傳輸數(shù)據寫模塊的核心是datasocket write.vi，它在工作前需要指定url地址，vi每次從上一步接收數(shù)據后形成數(shù)據包并發(fā)送到目的地址?？梢园淹ㄟ^datasocket read讀取到的并已經保存的歷史數(shù)據經datasocket write將數(shù)據寫入到服務器，而服務器端則通過datasocket read從服務器上讀取遠程控制信號，然后按照控制信號功能實現(xiàn)不同的控制功能，舉行顯示并保存。程序框圖6所示。圖6 發(fā)送數(shù)據回路的設計4 實現(xiàn)過程及設計結果詳細實現(xiàn)過程為：前端電路調理模塊把所輸入的大電壓信號改變?yōu)閏s5460a可以接受的小電壓信號，以差模電壓或電流的形式輸入進去，cs5460a按照采樣電路輸入的瞬時電壓、瞬時電流及瞬時功率由spi串口傳送至主控制器stm32f103，電壓或電流信號通過stm32f103豐盛的外圍接口舉行輸入或通過外部databus輸入，然后再用stm32處理器對傳輸?shù)碾娏骰螂妷簲?shù)據舉行預處理，再通過spi接口把數(shù)據傳遞給w51 00芯片以完成網絡協(xié)議的處理，最后通過網絡銜接端口把信號傳輸?shù)絧c機，從而實現(xiàn)遠程人機互動。5 結束語以基于arm m3的微處理器stm32f103vet6為主控制器，通過電量測量專用芯片c