電能計量帶電核查儀系統(tǒng)的設(shè)計

摘要：基于完成對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)計開發(fā)以S3C2440處理器為核心的電能計量帶電核查儀系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括PC機(jī)客戶端軟件部分和電能計量帶電核查儀設(shè)備部分，通過PC機(jī)客戶端軟件可以經(jīng)無線WIFI網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對電能計量帶電核查儀設(shè)備控制操作。實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，可順利實現(xiàn)對帶電設(shè)備的核查、探傷和數(shù)據(jù)采集等功能，達(dá)到設(shè)計目的。

隨著我國經(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。我國城鄉(xiāng)普遍使用的國家電壓標(biāo)準(zhǔn)10 kV及以上的高壓供電系統(tǒng)，出于對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量(簡稱高供高計)的計量方式。但是對現(xiàn)有的計量裝置核查時，為了保障現(xiàn)場操作人員的安全，需要斷電后才能對高供高計進(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。由于受高供高計設(shè)備帶高壓電的特殊性和困難性的影響，目前國內(nèi)對高供高計設(shè)備的檢測設(shè)備還很少，但市場很需要。

電能計量帶電核查儀系統(tǒng)主要用于對10 kV及10 kV以上帶電設(shè)備的核查、探傷和數(shù)據(jù)采集。具有采集高供高計電力設(shè)備的各方位外觀圖像信息，可以很方便在計算機(jī)或筆記本電腦上觀測高壓設(shè)備的具體情況，為設(shè)備探傷和識別提供依據(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設(shè)備的條碼信息，為設(shè)備識別驗證提供依據(jù);具有紅外通信模塊，可快捷、可靠的采集高供高計電能表的數(shù)據(jù)信息電能，完成電能計量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析等工作。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

電能計量帶電核查儀系統(tǒng)是根據(jù)對高供高計設(shè)備現(xiàn)場檢測的需求設(shè)計的，主要由電能計量帶電核查儀和電腦后臺支持軟件構(gòu)成。其中電能計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)采集和無線傳輸?shù)墓δ堋ｋ娔X后臺支持軟件經(jīng)無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 電能計量帶電核查儀硬件實現(xiàn)

由于電能計量帶電核查儀在功能上要集成圖像的采集、條碼掃描、遠(yuǎn)紅外通訊和無線的傳輸功能，在結(jié)構(gòu)設(shè)計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，圖像無線傳輸處理要占用大量的時間。這些因素要求電能計量帶電核查儀處理器的速度和無線傳輸速度要快，硬件架構(gòu)相對簡單，軟件的實時性能好。因此，電能計量帶電核查儀在設(shè)計時選用以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無線通訊方式。

電能計量帶電核查儀的總體設(shè)計如圖2所示。S3C2440ARM處理器、時鐘電路、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、運(yùn)行，自動裝載運(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Wi—Fi通訊模塊與電腦后臺支持軟件建立連接。在收到執(zhí)行命令后與各功能模塊通訊，使各功能模塊實時進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸，最后將采集的數(shù)據(jù)傳送到后臺支持軟件中，供后臺支持軟件對數(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定時器、1通道內(nèi)部定時器/看門口定時器、最大支持4096x4096像素的像機(jī)接口、130個通用的I/O口、24通道的外部中斷等功能，非常適合系統(tǒng)開發(fā)和手持設(shè)備的應(yīng)用。

2.2 MCP存儲模塊

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存儲和64MB SDRAM存儲，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)掉電后需要存儲的用戶數(shù)據(jù)和軟件參數(shù)設(shè)置。SDRAM存儲模塊是系統(tǒng)的內(nèi)存，用來存放系統(tǒng)及系統(tǒng)平臺上運(yùn)行軟件執(zhí)行的代碼和變量，是系統(tǒng)啟動后進(jìn)行存取操作的存儲器，具有讀取和寫入速度快的特點(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。為了延長待機(jī)時間，智能管理對攝像頭模塊、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現(xiàn)與數(shù)字式電能表的通訊，采集電能表電能信息，通過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

條碼掃描模塊實現(xiàn)對高供高計設(shè)備自身條碼信息的采集，為管理者進(jìn)行高供高計設(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，通過串口通訊方式與處理器連接。處理器對條碼掃描模塊發(fā)出條碼掃描的觸發(fā)指令，條碼掃描模塊開始條碼掃描處理，當(dāng)識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)模式實現(xiàn)延長電池的工作時間。