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目前電力系統發(fā)生故障時(shí)，工作人員很難迅速查找根源，為此設計了基于A(yíng)RM9的多功能電力無(wú)紙記錄儀，可以采用間隔或連續方式對電力系統中電壓、電流的有效值、頻率、相位及波形等進(jìn)行記錄并保存于多功能電力記錄儀內存中。若電力系統發(fā)生故障，工作人員可以將數據備份到SD卡內的相應時(shí)間的數據讀入計算機中并進(jìn)行分析與處理，從而可以快速定位到故障原因，提高檢修效率，最終提高經(jīng)濟效益。

　　多功能電力記錄儀設計以嵌入式處理器S3C2410為核心，結合同步AID轉換器和SD卡，設計了多功能電力記錄儀設計�？梢愿鶕�設定模式同時(shí)測量并記錄最多3通道電壓和3通道電流的有效值、頻率、相位、波形等電力參數，并存入SD卡保存。通過(guò)串行口或通用讀卡器將SD卡內數據讀入上位計算機即可對某些時(shí)間點(diǎn)的電力參數進(jìn)行分析和處理。給出了系統的硬件組成與軟件編制方法。實(shí)驗表明，本系統測量與記錄精度高，數據存儲量大，功耗極低，特別適用于電力部門(mén)采集電力參數的場(chǎng)合。

硬件組成及原理

　　多功能電力記錄儀以S3C2410為核心處理器，負責參數運算與全局控制。被測交流電信號經(jīng)過(guò)電流互感器進(jìn)行隔離后進(jìn)入取樣放大電路，為保證能夠對寬范圍的信號進(jìn)行測量，使用數字電位器對信號進(jìn)行動(dòng)態(tài)放大，使進(jìn)入A/D轉換器的信號在合理范圍。整形電路將正弦信號變換為方波，送入處理器的定時(shí)器，利用PCA的捕獲功能測量頻率及相位。硬件系統結構如圖1所示。下面就重要部分進(jìn)行分別介紹。

多功能電力記錄儀硬件系統結構圖

2.1控制器

　　為了保證高測量精度，對交流電每個(gè)周期進(jìn)行128點(diǎn)的采樣，并采用14位的A/D轉換器，則每秒鐘的數據量為2B*128點(diǎn)*6通道*50Hz=75KB，因此數據吞吐量較大，若想做到實(shí)時(shí)計算和存儲，則對多功能電力記錄儀的處理器的速度要求很高，普通的單片機無(wú)法滿(mǎn)足要求。為此，選用三星公司的S3C2410高速ARM9處理器，與電源電路、時(shí)鐘電路、存儲器系統及復位電路共同組成微控制系統。復位電路選用了系統監視復位芯片IMP811S，可提供高效的電源監視功能，確保系統工作正常。

　　S3C2410是一款基于A(yíng)RM920T內核的16/32位RISC嵌入式處理器微處理器，運行的頻率可達203MHz，在此基礎上擴展了一系列完整的通用外圍接口單元，能夠提供高性?xún)r(jià)比的嵌入式解決方案。S3C2410系統外圍接口單元包括支持55個(gè)中斷源的中斷控制器，4路DMA控制器，117個(gè)通用I/O口，3個(gè)可編程波特率的UART, LCD控制器，8路10位A/D轉換器，SD卡接口，1個(gè)多主機12C總線(xiàn)控制器，2個(gè)SPI接口等。

2.2信號處理電路

　　被測交流信號通過(guò)互感器變?yōu)?~2mA的電流信號，經(jīng)過(guò)400歐姆的取樣電阻后變?yōu)?~0.8V的電壓信號，經(jīng)超低失調運算放大器AD851和數字電位器MCP41010組成的增益可變放大電路后，做二階低通濾波，然后即可進(jìn)入A/D轉換器進(jìn)行采樣或進(jìn)入LM339比較器進(jìn)行整形。

2.3 A/D轉換器

　　為保證多功能電力記錄儀各通道采樣數據的同步性及精度，選用了LINEAR公司的LTC1408芯片。LTC1408是一款14位分辨率、6通道同時(shí)采樣的A/D轉換器，單3V電源供電，功耗僅為15mW,侮通道吞吐率為100ksps，電壓輸入范圍為0-2.5V或±1.25V，采用三線(xiàn)式串行接口方式。

　　系統采用0-2.5V輸入范圍，因此電源電路中采用LT1461-1.25芯片產(chǎn)生1.25V電壓基準，為放大電路提供參考，以使正弦信號的幅度在A(yíng)/D采樣范圍內。

    圖2所示為L(cháng)TC1408芯片的硬件接線(xiàn)圖。圖2中，AINO~AIN5為放大電路輸出的信號，將SEL2-VSELO接高以選擇所有通道進(jìn)行轉換，BIP接低電平以選擇單端輸入方式，串行口SDO, SCK和CONV與S3C2410的GPG口的高三位相連，以進(jìn)行轉換控制和數據傳送。

2.4人機接口與信息存儲

為了便于參數設置與顯示，系統加入了按鍵和LCD顯示器。S3C2410內部含有一個(gè)LCD驅動(dòng)控制器，能自動(dòng)產(chǎn)生LCD驅動(dòng)控制所需的控制信號，因此能與TFT型的彩色LCD屏直接連接，不需要外加控制器。本系統采用了3.5寸的320×240型液晶屏。按鍵直接與S3C2410的GPIO相連，采用掃描方式讀取按鍵號。

　　為了能夠將控制信息及照明管理信息進(jìn)行存儲與查詢(xún)，系統加入了SD卡存儲裝置。由于S3C2410芯片本身帶有SD卡接口，因此只需將SD卡座與S3C2410的SD卡接口直接相連即可實(shí)現數據讀寫(xiě)。

系統軟件設計

　　S3C2410作為控制核心完成A/D轉換、SD卡讀寫(xiě)、參數輸入與顯示、數據運算、電池電壓檢測等功能，由于軟件較復雜，所以實(shí)際編程中嵌入了5C/OS-II實(shí)時(shí)操作系統。主程序完成S32410時(shí)鐘初始化、GPIO初始化、中斷初始化、SD卡初始化、SPI接口初始化、PCA初始化、操作系統初始化、任務(wù)創(chuàng )建與操作系統的啟動(dòng)等。

3.1 PC/OS-II實(shí)時(shí)操作系統

　　5C/OS-H實(shí)時(shí)操作系統是真正源碼公開(kāi)的，采用占先式的實(shí)時(shí)內核，支持多達56個(gè)用戶(hù)任務(wù)，穩定性和可靠性高，而且移植方便，占用內存小。5C/OS-II實(shí)時(shí)操作系統中各任務(wù)要分配不同的優(yōu)先級，優(yōu)先級用數字表示，數字越小其優(yōu)先級越高。針對本系統中各任務(wù)的重要性，為各任務(wù)分配了表I所示的優(yōu)先級。

3.2 A/D轉換程序

　　因為每個(gè)周期采集128點(diǎn)，因此使用定時(shí)器。實(shí)現125.25uS的定時(shí)間隔，在定時(shí)中斷中啟動(dòng)AID轉換。A/D轉換器采用3線(xiàn)接口，所以要嚴格遵守其時(shí)序。其中CONY的上升沿啟動(dòng)轉換，SCK為讀取時(shí)鐘，SDO為數據。完成6個(gè)通道的數據轉換和數據讀取需96個(gè)時(shí)鐘。CONY的上升沿到來(lái)后，緊跟著(zhù)兩個(gè)SCK上升沿后即可讀取轉換結果，SCK侮14個(gè)上升沿可讀取一個(gè)通道的結果，其中高位( D13)在前，低位(DO)在后。CH0通道轉換結果在前，CH5通道轉換結果最后。注意，每讀取完一個(gè)通道結果后要增加兩個(gè)SCK上升沿時(shí)隙，以保證結果的正確性。