基于ABC三相電的電網監測系統監控終端的設計

　　溫度、風速、角度測量

　　溫度測量采用的是DS18B20傳感器，該傳感器獨特的單線接口方式，在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊，測溫范圍-55℃~+125℃，固有測溫分辨率0.5℃。工作電源：3~5V/DC，在使用中不需要任何外圍元件，為保障數據的穩定傳輸，串接4.7kΩ上拉電阻來提高驅動能力。

　　對于風速的測量，有些風速傳感器需要外接電源，輸出精度相對較高，如果直接放置外界測風速，會受高壓電網環境強電磁場的影響，精度自然會降低。本系統采用自發電式風速傳感器，殼體用工程塑料制作，輕便的同時，防環境雷擊和電場等破壞。不需要外接電源，可實現0~5V模擬電壓信號輸出，輸出穩定，測量風速范圍在0~12級之間，精度誤差3%，輸出模擬信號連接AD轉換芯片送給處理器處理。

　　角度測量采用MMA7455 傳感器，MMA7455 是一款數字輸出(I2C/SPI)、低功耗、緊湊型電容式微機械加速度計，具有信號調理、低通濾波器、溫度補償、自測、可配置通過中斷引腳(INT1或INT2)檢測0g、以及脈沖檢測(用于快速運動檢測)等功能。0g 偏置和靈敏度是出廠配置，無需外部器件。可使用指定的0g 寄存器和g-Select 量程選擇對0g 偏置進行校準， 量程可通過命令選擇3個加速度范圍(2g/4g/8g)。MMA7455數字三軸加速度傳感器模塊核心為飛思卡爾公司的MMA7455L數字三軸加速度傳感器，該模塊設計使用官方推薦設計，板卡線路經過高電磁兼容設計和優化，具有輸出精確，體積小，工作可靠，各種標識清晰，擴展性好等特點。

　　A、B、C三相電接頭溫度采集的驅動程序設計

　　采用S3C2440作為監控終端的處理器，通過編寫Linux驅動程序^[3]，實現了各種傳感器的數據采集。并通過GPRS無線傳輸技術，傳回給主控中心。在Linux驅動開發中，驅動框架模板中結構體static struct file_operations armirc_fops = {…}非常重要，它完成了將驅動函數映射為標準接口[5]。對電網電力線纜接頭處的溫度監測，主要采用了熱歐電阻PT100，它的阻值會隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0℃時阻值為100歐姆，在100℃時它的阻值約為138.5歐姆。在這里主要通過TLC2543^[4]實現對數據的采集。

　　程序設計主要是對TLC2543進行通道選擇，并且對數據的讀取，每次轉換和數據傳遞可以使用12或16個時鐘周期得到全12位分辨率，可以使用8個時鐘周期得到8為分辨率，在這里采用了12個時鐘周期得到12位分辨率。一個片選(CS)脈沖要插到每次轉換開始處，或是在轉換時序的開始出變化，此后保持CS為低，直到時序結束。每次專屬和數據傳遞使用12個時鐘周期和在每次傳遞周期之間插入CS的時序，即進行一次轉換操作一次CS時序。

　　從圖3中可以看出，在TLC2543的CS變低時開始數據轉換盒數據傳送，CPU將選擇通道、數據長度選擇。前導選擇、單雙極性選擇的控制信息送入輸入腳的同時，還從輸出腳讀出AD的轉換結果。在I/O CLOCK上升沿時數據變化，即I/O CLOCK低電平時將要寫入的輸入數據準備好，當I/O CLOCK高電平時讀取輸出數據，當CS為高時，I/O CLOCK 和輸入被禁止，輸出為高阻態，不能操作。

　　當上述準備工作做好后，發現AD轉換器只能對其中的一個通道進行數據的正確讀取，當多用了幾個通道號，發生了通道串位的問題，為了解決這種情況的發生，在數據轉換開始時多加了一個for循環，這個循環只能循環三次，這樣通道串位的問題就可以解決。在這里利用了TLC2543的五個通道，其中通道0、通道1、通道2是接收熱歐電阻PT100發送的數據。其他兩個通道原理相同。

　　利用dianya=(float)dian/0x0fff*4.42這個公式計算出來電壓值。再利用dianzu=dianya1*32這個公式計算出相應的電阻對應的電阻值。最后根據WZP型鉑熱電阻(Pt100)分度特性表計算出公式wendu1[i]=(dianzu1[i]-100)/0.385后，得到了相應的電阻對應的溫度。

結束語

　　本文闡述了ABC三相電智能電網監測系統監控終端的設計實現，該系統經過測試，達到了預期的監測效果和實時速率要求。通過布設監控終端，免除了人工監測的弊端，降低了了整個電網的運營成本，系統易于維護和升級，使電網輸電環節智能監測的準確性、實時性以及穩定性得到了極大的改善。但由于電網設備結點大部分都處于位置比較偏僻、人很難接近的地方，所以還需完善，進一步提高穩定性，同時還可實現監測結點的視頻監控，以及對輸電線浮冰厚度的檢測等。

　參考文獻：
　　[1] 曹軍威,萬宇鑫等.智能電網信息系統體系結構研究[J].計算機學報,2013,36,(1):144-161
　　[2] 湯普森.實用模擬電路設計[M].北京:人民郵電出版社,2009
　　[3] 韋東山.嵌入式Linux應用開發完全手冊[M].北京:人民郵電出版社,2007
　　[4] TLC2543 Datasheet[Z/OL].http://www.ti.com.2005
　　[5] 陳莉君.Linux操作系統內核分析[M].北京:人民郵電出版社,2000

linux操作系統文章專題：linux操作系統詳解（linux不再難懂）