基于ARM微處理器的十回路智能配電監(jiān)控單元的設(shè)計(jì)

O 引言
配電自動(dòng)化技術(shù)正朝著數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能的方向飛速發(fā)展。本文以內(nèi)含ARM7TDMI―STM CPU的微控制器LPC2132芯片作為系統(tǒng)主控制器，針對(duì)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號(hào)的采集和數(shù)據(jù)通信，以及電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)為研究主題，研究設(shè)計(jì)出了一種具備智能配電，并可同時(shí)監(jiān)控十個(gè)用戶回路的終端控制單元，其具備測(cè)量各回路中有功功率、無(wú)功功率、能量、電壓、電流、功率因數(shù)等電力參數(shù)功能。

1 電力參量的測(cè)量原理
對(duì)稱(chēng)三相電源通常由三個(gè)頻率相同、幅值相等和初相角為1200的正弦電壓源按一定方式連接而成，三相信號(hào)可依次稱(chēng)為A、B、C相，記為uA、uB、uC，它們的瞬時(shí)表達(dá)式如下：

在交流電路中，電壓與電流之間的相位差的余弦叫做功率因數(shù)，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即：

功率因數(shù)反映的是輸出功率中無(wú)功功率所占的比例。提高用電器的功率因數(shù)一般有兩方面的意義．一是減小輸電線路上的功率損失；二是充分發(fā)揮電力設(shè)備(如發(fā)電機(jī)、變壓器等)的潛力。因此，提高功率因數(shù)，對(duì)于提高電源設(shè)備的利用率，改善供電質(zhì)量，節(jié)約電能都有積極的作用。

2 硬件設(shè)計(jì)
2．1 總體結(jié)構(gòu)
為了避免強(qiáng)電信號(hào)對(duì)弱電信號(hào)的干擾，本系統(tǒng)在整體結(jié)構(gòu)上采用三層電路板，即：底層的信號(hào)采集電路板，中間層的信號(hào)處理電路板，上層的LCD顯示電路板。底層板上布置了很多大而重的元器件，這有利于整個(gè)單元實(shí)物的穩(wěn)定性；中間層的主要功能是將信號(hào)采集層傳遞過(guò)來(lái)的信號(hào)加以處理，因此這層板也是本設(shè)計(jì)的主控電路板；上層板主要是實(shí)現(xiàn)顯示功能，對(duì)從中間層傳送過(guò)來(lái)的測(cè)量參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，整個(gè)監(jiān)控單元的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2．2 微控制器的選擇
本系統(tǒng)選用LPC2132為微控制器，這是一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的32／16位ARM7TD―MI―STM CPU的微控制器，并帶有64／128／256／512KB的嵌入式高速Flash存儲(chǔ)器。LPC2132具有多個(gè)32位定時(shí)器、1個(gè)(LPC2132)10位8路ADC、1O位DAC、PWM通道和多達(dá)47個(gè)GPIO，以及9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷。其系統(tǒng)中的LPC2132外接口示意圖如圖2所示。