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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。试验证明: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。
关键词:GPRS模块;电力监测; ATT7022B;监测终端
引言
随着经济社会的不断发展不断提高,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;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。
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。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。
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通信模块的设计。电力监测终端的硬件设计框图如图3所示。
2. 1 数据采集计量模块设计
数据采集计量模块采用电能计量芯片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。
ATT7022B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。
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入芯片ATT7O22B进行测量。在本设计中,ATT7022B的电压模拟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。
ATT7022B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。开关量输入的状态可以由发光二极管实时显示。
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