基于ARM的电能质量监测系统的设计与实现

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能源是一个国家发展的命脉,其中电能是人们日常生活中不可或缺的物质,随着电能需求的扩大,提高电能质量,实现对电能的有效监控变得越来越重要,而国外的监测仪器价格高,国内的测量仪器存在功能单一,实时性不强。随着嵌入式芯片技术的发展,公用通信网络质量的提高。将ARM嵌入式芯片技术与GPRS通信技术应用结合起来应用于电能质量参数远程监测,解决了电能参数远程监测系统中的远程监控问题,从而实现了对电能综合参数的实时远程监测、记录和分析,为分析影响电能质量的原因、改善电能质量提供了重要依据。论文通过介绍电能质量参数测量原理和分析方法,在综合分析国内外研发动态的背景下,设计了基于ARM的电能质量远程监测系统,该系统主要由数据采集模块、数据通信模块、数据处理分析和远程监控中心组成。其中数据采集部分采用高精度三相计量芯片ATT7022B为核心,可以在线测量电网的电压、电流、频率、功率因数等基本电能参数,还能够监测谐波电流、谐波电压含量,影响电能质量的主要污染源。论文首先介绍了一些基础理论知识,包括电能参数的基本运算公式、嵌入式技术与系统原理、通用无线分组业务技术的一些理论知识;重点是论述了系统的硬件电路设计部分,以微处理器S3C2440A为核心构建监测控制终端,三相电流和电压经过互感器,经由三相电能计量芯片ATT7022B处理,将数据通过SPI串口传送给ARM芯片进行分析和存储,ARM模块外设接口丰富,扩展了外部存储器SDRAM和NAND FLASH,板上设计有触摸屏LCD,显示人机交互界面,可以现场查询数据。GPRS模块MC35I通过UART串口与ARM模块通信,将监测数据通过移动运营商GPRS网络传送至Internet网络,远程监控中心主机通过指定的IP就能够访问到数据,也能将命令传送至监测终端模块。软件设计方面,首先搭建交叉编译环境,完成了内核的剪裁和移植,构建LINUX嵌入式操作系统平台,开发SPI接口和UART串口驱动程序,结合S3C2440A核心板的外扩功能进行应用程序的编写。其次结合C++BUILDER和ACCESS2000进行上位机监控软件和数据库的开发,最终能得到实时监控画面,并且能够查询历史数据。使用Winsock控件使上位机服务器和远程监测终端进行TCP协议连接,最后还介绍软件封装与打包。关于系统的整体测试效果,使用三相谐波标准源,比较电压、电流、相角真实值与测量值的偏差,测量了9组谐波电流含量数据,分析误差产生原因,在此基础优化系统设计,得出结论,并且提出了尚需解决的相关问题,展望了未来的发展趋势。
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