以太网电能耗用远程监控仪
( 2018-05-27 阅读次 作者:)

以太网电能耗用远程监控仪以ARM嵌入式处理器LPC2478为核心设计。 LPC2478带有512KB的片内高速Flash存储器和40KB的片内SRAM,内置了USB 2.0 全速接口、2个UART、SPI、SSP 、I2C 、2个32位定时器、2个多路10位ADC、1个10位DAC、PWM通道、45个高速GPIO以及多达9个边沿或电平触发的外部中断管脚,为提高应用系统的可靠性、降低功耗、减小成本等提供了方便。LPC2478具有ARM和Thumb指令集,采用流水线处理技术,能在执行指令期间预处理下一条指令,极大地提高了指令执行效率,为需要快速传输数据的网络应用提供了可能。

  采用高精度互感器,将电网中的电压、电流变换成1V左右的交流信号,同时使监控仪与强电隔离,交流信号经过整形滤波后送入LPC2478片内A/D转换器,完成对电压、电流及功率因数等的测量。采用脉冲电度表测量电能实际耗用量,并通过LPC2478的外部中断输入端EINT3送给CPU进行处理,LPC2478片内集成了一个低功耗实时时钟,CPU根据实时时钟提供的时间按高峰和低谷时间对耗电量进行分时计度,计算出瞬时电量、整点电量、总需量等参数,实时时钟具有自掉电保护功能,停电期间时钟不停摆,从而保证对耗电量分时计度的准确性。若耗电量超出给定总用电量,将通过片内DAC端口输出语音报警信号,如果上位机发来拉闸命令,则通过继电器和交流接触器输出拉闸信号,限制用电。利用LPC2478 的SPI接口扩展MMC/SD卡作为外部非易失性存储器,所有测量参数都存储在SD卡中,一旦收到主机呼叫可马上通过以太网发送出去。SD卡中还可以保存监控仪的网络IP地址、网卡物理地址、以及更新的网页数据等,需要时可对卡进行及时更换。

  网络接口采用Realtek公司的NE2000兼容芯片RTL8019AS,它内置了10BASE-T收发器,外接一个隔离低通滤波器,通过RJ-45标准端口接入以太网,LPC2478的大容量片上RAM存储器为TCP/IP协议栈的实现和数据处理提供了足够的存储空间。通过网络进行数据传输之前,先要设置RTL8019AS的工作方式和工作状态,通过对地址及数据端口的读写操作来完成以太网帧的接收与发送。RTL8019AS内部具有远程DMA接口、本地DMA接口、MAC(介质访问控制)逻辑、数据编码解码逻辑和其他端口。处理器收发数据只需对远程DMA操作,本地DMA接口是RTL8019AS与网线的连接通道,完成控制器与网线的数据交换。

  系统软件设计采用了μC/OS II嵌入式实时操作系统,根据监控功能需要设计了如下任务:开关量输入输出任务,每隔10ms采样一次各种开关量状态,包括电度表脉冲、系统掉电和加电等信号,采用延时方法滤除边沿抖动以获得开关量的有效状态,并根据主机发来的命令输出拉闸或合闸控制信号。电流/电压采样任务,每隔30分钟采样并计算线路的电压和电流和功率因数值。瞬时电量计算任务,计算瞬时电功率、当前的峰电量、谷电量、耗电度数等。电量计算任务,包括耗用电度数、24小时整点电功率、峰/谷电量、有功/无功电量、功率因数、电网负荷率以及总需量等。远程通信任务,接收并执行中心站主机发来的命令,包括时间和工作参数设置、耗电量参数传送、状态查询以及传送各种命令。

  通过以太网实现分站中监控仪与中心站主机之间的远程通信,可以很方便地将现场设备所采集的各种数据通过网络快速传递给上位机。监控仪安装在距中心站几公理至几十公理之外的用电单位,可以随时响应中心站主机呼叫。当中心站需要调用某一分站的耗电数据时,只需在计算机上通过IE浏览器输入相关分站监控仪的网络地址,该监控仪就可以自动应答并将现场各种测量数据可靠地发送出去,整个通信过程无需人工干预,数据传送准确可靠,通信结束后监控仪继续对现场当前的耗电参数进行监测,系统稳定可靠,数据传送准确。

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