嵌入式系統在電網監測系統中的應用

為了保證電網的安全運行，了解電網運行狀況，需要對電網的各種運行參數(如三相電壓、電流、有功功率、無功功率等)進行實時監測。嵌入式遠程電網監測系統將現代計算機、通信、網絡及自動化技術融為一體，對配電網進行遠程監測、協調和控制，從而優化配電網絡。利用以太網的豐富資源及UBICOM公司高速單片機SX52BD構建分布式以太網嵌入測控系統是一種低成本、高可靠且快捷的技術方案。

1 系統結構

圖1 嵌入式電網監控系統結構

系統結構如圖1所示。監控中心工作人員可通過以太網直接訪問分布在各監控現場的監測儀，了解各電網的運行狀況，從而采取相應措施。電網遠程監控系統的核心部件是嵌入式電網監測儀，與PC機+網卡+采集卡的以太網測控系統相比成本大為降低，實現了嵌入式系統的大眾化、普及化。

2 嵌入式電網監測儀的結構功能

電網監測儀對電網上的電壓、電流信號進行采樣和數據處理，在一定時間里保存數據，具體功能如下：

(1)實時監測三相電壓Va、Vb、Vc和四相電流Ia、Ib、Ic和I0;

(2)監測A、B、C三相功率因素;

(3)通過RJ45接口與以太網通信;

(4)保存整點時刻的電壓、電流數據、功率因素，保存月統計數據;

(5)用數碼管顯示，使用戶可以在現場查看和設置儀表的運行參數及歷史記錄。

圖2 嵌入式電網監控儀器結構圖

該電網監測儀結構如圖2所示。主要由單片機、電壓電流采樣模塊、功率因素監測模塊、以太網接口模塊等組成。完成對電網參數的監測，實現信號處理、數據顯示及電網運行狀態顯示等功能。

2.1 單片機

單片機模塊是整個電網監測儀的核心。主要完成兩大功能：(1)數據采集和處理;(2)實現以太網的接入。將經過電壓電流監測模塊得到的三相實時電壓、三相實時電流和中線電流進行處理;實時監測數據可通過RJ45接口傳給以太網，使監控中心及時得到電網的相關參數;同時電網監控軟件根據測試參數判斷電網運行狀況，電壓是否越限或過低等。

單片機選用UBICOM公司的8位超高速單片機SX52BD，每秒運行數據能力達1億次。由于UBICOM單片機的速度極高，能夠實現實時多任務操作，可以在MCU執行數據采集和控制功能的同時把數據打包并傳送到互聯網上。用8位微控制器通過ISP接入互聯網，外圍器件少，系統成本低。UBICOM單片機屬RISC結構，芯片上有Flash程序存儲器，可以在安裝到系統后進行編程和調試。由于CPU采用并行流水作業方式，執行一條指令只需要一個時鐘周期，工作在100MHz時指令執行速度可達100MIPS，所有I/O可以通過編程靈活配置。

SX52BD單片機可以輕松地實現虛擬外設的功能。CPU通過執行虛擬軟件模塊直接驅動普通I/0口實現硬件外設功能(如UART、I2C、SPI、Caller ID、FSK等)。即把許多需要硬件實現的功能接口，借助處理器的高速處理能力，通過編寫相應的軟件模塊實現。UBICOM公司用匯編語言實現了以太網TCP/IP協議棧。在外接一個以太網控制芯片(RTL8019AS)的情況下還可以實現互聯網(1EEE802.3)協議處理，使該單片機系統可以直接通過RJ45連到以太網上。