基于ABC三相电的电网监测系统监控终端的设计

　　温度、风速、角度测量

　　温度测量采用的是DS18B20传感器，该传感器独特的单线接口方式，在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，测温范围-55℃~+125℃，固有测温分辨率0.5℃。工作电源：3~5V/DC，在使用中不需要任何外围元件，为保障数据的稳定传输，串接4.7kΩ上拉电阻来提高驱动能力。

　　对于风速的测量，有些风速传感器需要外接电源，输出精度相对较高，如果直接放置外界测风速，会受高压电网环境强电磁场的影响，精度自然会降低。本系统采用自发电式风速传感器，壳体用工程塑料制作，轻便的同时，防环境雷击和电场等破坏。不需要外接电源，可实现0~5V模拟电压信号输出，输出稳定，测量风速范围在0~12级之间，精度误差3%，输出模拟信号连接AD转换芯片送给处理器处理。

　　角度测量采用MMA7455 传感器，MMA7455 是一款数字输出(I2C/SPI)、低功耗、紧凑型电容式微机械加速度计，具有信号调理、低通滤波器、温度补偿、自测、可配置通过中断引脚(INT1或INT2)检测0g、以及脉冲检测(用于快速运动检测)等功能。0g 偏置和灵敏度是出厂配置，无需外部器件。可使用指定的0g 寄存器和g-Select 量程选择对0g 偏置进行校准， 量程可通过命令选择3个加速度范围(2g/4g/8g)。MMA7455数字三轴加速度传感器模块核心为飞思卡尔公司的MMA7455L数字三轴加速度传感器，该模块设计使用官方推荐设计，板卡线路经过高电磁兼容设计和优化，具有输出精确，体积小，工作可靠，各种标识清晰，扩展性好等特点。

　　A、B、C三相电接头温度采集的驱动程序设计

　　采用S3C2440作为监控终端的处理器，通过编写Linux驱动程序^[3]，实现了各种传感器的数据采集。并通过GPRS无线传输技术，传回给主控中心。在Linux驱动开发中，驱动框架模板中结构体static struct file_operations armirc_fops = {…}非常重要，它完成了将驱动函数映射为标准接口[5]。对电网电力线缆接头处的温度监测，主要采用了热欧电阻PT100，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。在这里主要通过TLC2543^[4]实现对数据的采集。

　　程序设计主要是对TLC2543进行通道选择，并且对数据的读取，每次转换和数据传递可以使用12或16个时钟周期得到全12位分辨率，可以使用8个时钟周期得到8为分辨率，在这里采用了12个时钟周期得到12位分辨率。一个片选(CS)脉冲要插到每次转换开始处，或是在转换时序的开始出变化，此后保持CS为低，直到时序结束。每次专属和数据传递使用12个时钟周期和在每次传递周期之间插入CS的时序，即进行一次转换操作一次CS时序。

　　从图3中可以看出，在TLC2543的CS变低时开始数据转换盒数据传送，CPU将选择通道、数据长度选择。前导选择、单双极性选择的控制信息送入输入脚的同时，还从输出脚读出AD的转换结果。在I/O CLOCK上升沿时数据变化，即I/O CLOCK低电平时将要写入的输入数据准备好，当I/O CLOCK高电平时读取输出数据，当CS为高时，I/O CLOCK 和输入被禁止，输出为高阻态，不能操作。

　　当上述准备工作做好后，发现AD转换器只能对其中的一个通道进行数据的正确读取，当多用了几个通道号，发生了通道串位的问题，为了解决这种情况的发生，在数据转换开始时多加了一个for循环，这个循环只能循环三次，这样通道串位的问题就可以解决。在这里利用了TLC2543的五个通道，其中通道0、通道1、通道2是接收热欧电阻PT100发送的数据。其他两个通道原理相同。

　　利用dianya=(float)dian/0x0fff*4.42这个公式计算出来电压值。再利用dianzu=dianya1*32这个公式计算出相应的电阻对应的电阻值。最后根据WZP型铂热电阻(Pt100)分度特性表计算出公式wendu1[i]=(dianzu1[i]-100)/0.385后，得到了相应的电阻对应的温度。

结束语

　　本文阐述了ABC三相电智能电网监测系统监控终端的设计实现，该系统经过测试，达到了预期的监测效果和实时速率要求。通过布设监控终端，免除了人工监测的弊端，降低了了整个电网的运营成本，系统易于维护和升级，使电网输电环节智能监测的准确性、实时性以及稳定性得到了极大的改善。但由于电网设备结点大部分都处于位置比较偏僻、人很难接近的地方，所以还需完善，进一步提高稳定性，同时还可实现监测结点的视频监控，以及对输电线浮冰厚度的检测等。

　参考文献：
　　[1] 曹军威,万宇鑫等.智能电网信息系统体系结构研究[J].计算机学报,2013,36,(1):144-161
　　[2] 汤普森.实用模拟电路设计[M].北京:人民邮电出版社,2009
　　[3] 韦东山.嵌入式Linux应用开发完全手册[M].北京:人民邮电出版社,2007
　　[4] TLC2543 Datasheet[Z/OL].http://www.ti.com.2005
　　[5] 陈莉君.Linux操作系统内核分析[M].北京:人民邮电出版社,2000

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