电力论文农村电力论文北极星电力论文：农村电力监测系统硬件设计

1、个人资料整理仅限学习使用中国电力论文农村电力论文北极星电力论文：农村电力监测系统的硬件设计摘 要:基于 GPRS数据传输技术 ,设计了一种电力监测系统。该系统能够根据村舍距离远、位置偏等特点 ,远程采集、计量村民用电量 ,通过 GPRS 通信方式传输给监测管理站。实验证明 :该系统能够代替农村繁琐的人工抄表工作 ,实现统一、分级监测管理村民用电量及有效防止偷电行为。 b5E2RGbCAP关键词 :GPRS 模块。电力监测。ATT7022B。监测终端0 引言随着经济社会的不断发展 ,国家惠农政策的不断深入 ,农村人民生活水平不断提高 ,电力网络日趋广域化、复杂化 ,电力监测行业也得到了一定的发展

2、。但是电网监测还未满足信息化、智能化和网络化的要求 ,对电网进行准确数据统计、实时监测和有效分析还是农村电力部门亟待解决的重要问题 1 。本文将 GPRS 数据传输技术引入农村电力网监测系统中 ,克服了村落距离疏远、管理系统繁琐等弊端 ,提出了一种低维护、高性能的设计方案 ,并设计了一种基于高精度电能计量芯片 ATT7022B 和 ARM 处理器 AT91SAM7S256 的新型电力监测终端装置 ,实现了实时、可靠的电力参数监测与状态控制。系统结构如图 1 所示。 p1EanqFDPw1 系统组成和功能整个系统可以连接多个基站监测计算机 ,使多个不同远近的村庄用电信息传输到一个管理中心监测管理

3、。本文针对一组监测终端设计,如图 2 所示。其包括信号采集层(电力监测终端 >、监控层 (监测计1 / 9个人资料整理仅限学习使用算机 >、管理层 (远程管理中心>、传输层 (GPRS 通信和RS485 通信>4 部分。其中 ,信号采集层和传输层是设计的重点 ,本文重点研究了带有通信接口的电力监测终端和 GPRS通信模块。 DXDiTa9E3d2 硬件组成和设计电力监测系统的硬件设计包括监测终端的硬件设计和GPRS 通2 / 9个人资料整理仅限学习使用信模块的设计。电力监测终端的硬件设计框图如图3 所示。 RTCrpUDGiT2. 1数据采集计量模块设计数据采集计量模块

4、采用电能计量芯片ATT7022B 为核心 ,包括电压及电流模拟输入、脉冲输出、电源及SPI 通讯接口等外围电路的设计。 5PCzVD7HxAATT7022B 是一片高精度的多功能防窃电基波谐波三相电能专用计量芯片 ,适用于三相三线制和三相四线制,内部集成了参考电压电路及电参数测量的数字信号处理电路。jLBHrnAILg该芯片具有SPI 接口 ,方便与外部MCU 通讯 ,充分满足三相多功能电能表以及基波谐波电能表制作的要求。ATT7O22B 是一个半导体集成芯片,电网中的强信号不能直接输3 / 9个人资料整理仅限学习使用入芯片 ATT7O22B 进行测量。在本设计中,ATT7022B 的电压模拟

5、输入电路设计图如图4 所示。电流模拟输入采用电流采样单端输入模式,电路设计图如图5 所示。 xHAQX74J0XATT7022B 与外部 MCU 的 SPI 通讯接口 ,如图 6 所示。2. 2 数据处理模块设计数据处理模块设计主要是微处理器的选择、开关量的采集与输出、数据存储等设计。AT91SAM7S256 拥有丰富的外设资源和强大的处理能力 ,运行速度达 55MHz,并具有 0. 9MIPS/MHz 的性能 ,可满足多功能电力仪表的数据处理要求。开关量输入经光电耦合器隔离 ,然后输入到 8 位锁存器芯片锁存。单片机分别使能锁存器芯片,由单片机P0 口分别读取开关量输入的状态数据。开关量输入

6、的状态可以由发光二极管实时显示。 LDAYtRyKfE4 / 9个人资料整理仅限学习使用电力监测终端的监测和计量精度与其存储方式有很大的关系。本设计采用的FM31XX 系列铁电存储器 ,其优点是擦写次数多,掉电后数据保存时间长 ,并口的访问速度高 ,没有写等待周期。其避免了传统的电表数据储存方式EEPROM 存储速度慢并且擦写次数有限和NVRAM存储方式读写起来不方便而且价格昂贵的缺点。铁电存储器 FM3104 与微处理器的接口电路设计,如图 7 所示。 Zzz6ZB2Ltk5 / 9个人资料整理仅限学习使用2. 3RS485 通信模块本终端采用RS485 总线与外部电能表进行数据通信实现远程

7、抄表,总线驱动芯片选用SN65ALS176D 完成RS485 通信收发功能。RS485 作为一种多点、差分数据传输的电气规范是工业界应用中最为广泛的标准接口之一。这种通信接口允许在简单的一对双绞线上进行多点、主从式半双工通信,它所具有的噪声抑制能力、数据传输速率、传输距离以及可靠性高等是其他标准所无法比拟的2 。RS-485 通信接口电路设计 ,如图 8 所示。 dvzfvkwMI16 / 9个人资料整理仅限学习使用2. 4GPRS 通信模块GPRS 是利用包交换的概念所发展出的一套无线传输方式3, 采用分组交换的高效率数据传输,可应用于电力远程监管系统,具有实时在线、接入范围广、数据传送速率

8、高、支持TCP/IP 协议和 x. 25 协议、运行费用低等特点。rqyn14ZNXI本设计中GPRS 通信模块为监测计算机与远程管理中心的主要通信通道 ,采用基于 GSM/GPRS 的三频无线模块 MC55。西门子公司的 MC55 模块接口简单、使用方便且功能非常强大 ,它与微控制器、 SIM 卡、电源之间的连接方便。 GPRS 模块与微控制器间通串行口进行通讯 ,通讯速率最快可以达到115 200bps模块与控制器间的通讯协议使用标准AT 命令集。该模块可工作于900, l800, 1 900MHz,其内嵌 TCP/IP 议 ,开发过程中无需对模块编写通信协议,加快了品的开发进度。 Emx

9、vxOtOco3 系统的实验分析7 / 9个人资料整理仅限学习使用经过测试 ,系统运行的输入电压范围为AC0400V,额定电压为220V 。过载能力为2 倍额定值 (续 >, 2500V/s。输入电流范围为AC010A, 额定电流为5A 。过载能力为2 倍额定值 (连续 >, 100A/s。测量精度在输入动态工作范围(1 0001>内,非线性测量误差小于0.1。实验说明该系统测量精度较高,对电网监测有效 ,系统的硬件设计是可行的。 SixE2yXPq54 结束语基于 GPRS 的电力远程监测系统结构简单,使方便 ,非常适合于用户数量多 ,村舍位置分散及偏的农村,可以大大地减少电力监测的人力、作业周期 ,并缩短修护时间且节省专线建设成本。由于系统作业可能在偏远的山区,所以对系统的通讯设备还需要进行反复改进。6ewMyirQFL参考文献 :1 易铃芳 ,吕涛 ,周燕媚 ,等.基于 GPRS 的电力远程监管系统设计 J.仪器仪表学报 , 2006, (6>: 2555-2557kavU42VRUs.2 ClarkKinnaird.RS-485 在电表中的应用 J.电子产品世界 , 200