電能計(jì)量帶電核查儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：基于完成對(duì)10 kV及10 kV以上帶電設(shè)備的核查、探傷和數(shù)據(jù)采集的目的，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)以S3C2440處理器為核心的電能計(jì)量帶電核查儀系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括PC機(jī)客戶端軟件部分和電能計(jì)量帶電核查儀設(shè)備部分，通過(guò)PC機(jī)客戶端軟件可以經(jīng)無(wú)線WIFI網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)電能計(jì)量帶電核查儀設(shè)備控制操作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，可順利實(shí)現(xiàn)對(duì)帶電設(shè)備的核查、探傷和數(shù)據(jù)采集等功能，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，大規(guī)模工業(yè)用電和商業(yè)用電需求快速增長(zhǎng)。我國(guó)城鄉(xiāng)普遍使用的國(guó)家電壓標(biāo)準(zhǔn)10 kV及以上的高壓供電系統(tǒng)，出于對(duì)供電可靠性及變損的考慮，10KV及以上的工業(yè)供電多數(shù)采用高壓供電高壓計(jì)量(簡(jiǎn)稱高供高計(jì))的計(jì)量方式。但是對(duì)現(xiàn)有的計(jì)量裝置核查時(shí)，為了保障現(xiàn)場(chǎng)操作人員的安全，需要斷電后才能對(duì)高供高計(jì)進(jìn)行檢查和數(shù)據(jù)讀取，這給用戶的正常用電造成了很大不便。由于受高供高計(jì)設(shè)備帶高壓電的特殊性和困難性的影響，目前國(guó)內(nèi)對(duì)高供高計(jì)設(shè)備的檢測(cè)設(shè)備還很少，但市場(chǎng)很需要。

電能計(jì)量帶電核查儀系統(tǒng)主要用于對(duì)10 kV及10 kV以上帶電設(shè)備的核查、探傷和數(shù)據(jù)采集。具有采集高供高計(jì)電力設(shè)備的各方位外觀圖像信息，可以很方便在計(jì)算機(jī)或筆記本電腦上觀測(cè)高壓設(shè)備的具體情況，為設(shè)備探傷和識(shí)別提供依據(jù);具有電力設(shè)備信息條碼的掃描閱讀功能，能在任意方向讀取高供高計(jì)設(shè)備的條碼信息，為設(shè)備識(shí)別驗(yàn)證提供依據(jù);具有紅外通信模塊，可快捷、可靠的采集高供高計(jì)電能表的數(shù)據(jù)信息電能，完成電能計(jì)量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析等工作。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

電能計(jì)量帶電核查儀系統(tǒng)是根據(jù)對(duì)高供高計(jì)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的需求設(shè)計(jì)的，主要由電能計(jì)量帶電核查儀和電腦后臺(tái)支持軟件構(gòu)成。其中電能計(jì)量帶電核查儀具有圖像視頻采集壓縮、條碼信息采集、電表紅外通訊數(shù)據(jù)采集和無(wú)線傳輸?shù)墓δ?。電腦后臺(tái)支持軟件經(jīng)無(wú)線傳輸接收模塊接收數(shù)據(jù)完成視頻解壓與呈現(xiàn)、條碼身份的判別、電表數(shù)據(jù)的紀(jì)錄和分析等工作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 電能計(jì)量帶電核查儀硬件實(shí)現(xiàn)

由于電能計(jì)量帶電核查儀在功能上要集成圖像的采集、條碼掃描、遠(yuǎn)紅外通訊和無(wú)線的傳輸功能，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要求各部件按功能要求安裝合理、結(jié)構(gòu)緊湊，還要充分考慮在外殼的絕緣性和密封性的基礎(chǔ)上減小設(shè)備的整體體積和重量等因素，特別是在圖像的采集和壓縮上的處理，圖像無(wú)線傳輸處理要占用大量的時(shí)間。這些因素要求電能計(jì)量帶電核查儀處理器的速度和無(wú)線傳輸速度要快，硬件架構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，軟件的實(shí)時(shí)性能好。因此，電能計(jì)量帶電核查儀在設(shè)計(jì)時(shí)選用以S3C2440處理器為核心的硬件系統(tǒng)、以Windows CE嵌入式系統(tǒng)下的軟件系統(tǒng)和采用Wi—Fi無(wú)線通訊方式。

電能計(jì)量帶電核查儀的總體設(shè)計(jì)如圖2所示。S3C2440ARM處理器、時(shí)鐘電路、電源管理電路和MCP電路構(gòu)成最小系統(tǒng)，使Windows CE嵌入式系統(tǒng)能夠正常啟動(dòng)、運(yùn)行，自動(dòng)裝載運(yùn)行本系統(tǒng)應(yīng)用程序。系統(tǒng)程序運(yùn)行后初始化攝像頭模塊、條碼掃描模塊、紅外通訊模塊和Wi—Fi通訊模塊，并通過(guò)Wi—Fi通訊模塊與電腦后臺(tái)支持軟件建立連接。在收到執(zhí)行命令后與各功能模塊通訊，使各功能模塊實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸，最后將采集的數(shù)據(jù)傳送到后臺(tái)支持軟件中，供后臺(tái)支持軟件對(duì)數(shù)據(jù)分析和處理。

2.1 嵌入式處理器

S3C2440處理器芯片是Samsung公司開(kāi)發(fā)的一款基于ARM920T內(nèi)核的16/32位RISC嵌入式微處理器，其高性能、低功耗、接口豐富的特點(diǎn)能滿足嵌入式系統(tǒng)的要求。

其主頻400 MHz，處理器核心實(shí)現(xiàn)了MMU、AMBA、BUS、Harvard高速緩沖體系結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的16 lB的指令Cache和數(shù)據(jù)Cache。集成SDR AM控制器、LCD控制器、4通道DMA、3通道UART接口、I2C總線接口、I2S總線接口、SD和MMC接口、觸摸屏接口、8通道10位A/D控制器、2端口USB主機(jī)/1端口USB設(shè)備、4通道PWM定時(shí)器、1通道內(nèi)部定時(shí)器/看門口定時(shí)器、最大支持4096x4096像素的像機(jī)接口、130個(gè)通用的I/O口、24通道的外部中斷等功能，非常適合系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和手持設(shè)備的應(yīng)用。

2.2 MCP存儲(chǔ)模塊

MCP(Multi-Chip-Package即多制層封裝芯片)模塊采用Hynix公司的H8ACOEHOBCR芯片，內(nèi)部集成128MBNandFlash存儲(chǔ)和64MB SDRAM存儲(chǔ)，協(xié)助處理器加快運(yùn)行速度，更高效地完成多任務(wù)。Flash模塊用來(lái)存放系統(tǒng)引導(dǎo)程序、操作系統(tǒng)程序、本系統(tǒng)應(yīng)用程序和其它在系統(tǒng)掉電后需要存儲(chǔ)的用戶數(shù)據(jù)和軟件參數(shù)設(shè)置。SDRAM存儲(chǔ)模塊是系統(tǒng)的內(nèi)存，用來(lái)存放系統(tǒng)及系統(tǒng)平臺(tái)上運(yùn)行軟件執(zhí)行的代碼和變量，是系統(tǒng)啟動(dòng)后進(jìn)行存取操作的存儲(chǔ)器，具有讀取和寫(xiě)入速度快的特點(diǎn)。

2.3 電源管理模塊

電源管理模塊將由USB口來(lái)的5 V電源(或鋰電池提供的3.7電源)降壓至3.3 V(系統(tǒng)供電)、2.8 V(攝像頭模塊供電)、1.8 V(基準(zhǔn)電源供電)、1.3V(ARM處理器核心工作頻率400 MHz供電)、1.2 V(ARM處理器核心工作頻率300 MHz供電)，監(jiān)控鋰電池的電量，管理鋰電池充電。為了延長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間，智能管理對(duì)攝像頭模塊、條碼掃描模塊、紅外通訊模塊和Wi—Fi通訊模塊的供電。

2.4 紅外通訊電路模塊

紅外通訊模塊功能實(shí)現(xiàn)與數(shù)字式電能表的通訊，采集電能表電能信息，通過(guò)串口通訊方式與處理器連接。按照DL/T645-1997DL/T645-1997多功能電能表通信規(guī)約，處理器將通訊的命令發(fā)送到紅外通訊模塊，由紅外通訊模塊進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射，傳遞給電能表，電能表將數(shù)據(jù)以紅外的方式傳遞給紅外通訊模塊，再經(jīng)紅外通訊模塊解調(diào)，將數(shù)據(jù)送到處理器進(jìn)行處理。

2.5 條碼掃描模塊

條碼掃描模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)高供高計(jì)設(shè)備自身?xiàng)l碼信息的采集，為管理者進(jìn)行高供高計(jì)設(shè)備辨別唯一性提供依據(jù)。采用霍尼韋爾公司的58XX系列條碼掃描模塊，支持5 V或3.3 V電源供電，有待機(jī)模式，可識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)的一維和二維的條碼，能快速捕捉數(shù)字影像、360度全向的讀取條碼，體積小巧，適合工業(yè)應(yīng)用，通過(guò)串口通訊方式與處理器連接。處理器對(duì)條碼掃描模塊發(fā)出條碼掃描的觸發(fā)指令，條碼掃描模塊開(kāi)始條碼掃描處理，當(dāng)識(shí)別成功后將條碼信息經(jīng)串口發(fā)送給處理器處理，并進(jìn)入等待命令狀態(tài)，處理器可啟用待機(jī)模式實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)電池的工作時(shí)間。