摘 要： 介紹了一種電量計(jì)量芯片ADE7758。采用PHILIPS公司的ARM微控制器LPC2210 和ADE7758芯片，開(kāi)發(fā)了一種智能無(wú)功補(bǔ)償控制器。設(shè)計(jì)了相對(duì)應(yīng)的電力遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)以及現(xiàn)場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償控制單元的硬件電路和CDMA通信監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力參數(shù)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和控制。監(jiān)控系統(tǒng)具有較好的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。
　　關(guān)鍵詞： 配變電安全監(jiān)控(VCC)；FFT；無(wú)功補(bǔ)償；諧波分析

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　　隨著國(guó)內(nèi)電網(wǎng)改造和電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的配電變壓器終端裝置已不能滿(mǎn)足配電自動(dòng)化系統(tǒng)的要求[1-3]。由于ARM嵌入式處理器運(yùn)行頻率高、內(nèi)存大，所以能夠充分保證智能儀器和測(cè)控系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的可靠運(yùn)行，也便于LUNIX嵌入式操作系統(tǒng)的移植。其操作系統(tǒng)能將應(yīng)用分解成若干個(gè)任務(wù)調(diào)度運(yùn)行，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性強(qiáng)，軟件開(kāi)發(fā)方便易行，特別適宜于測(cè)控系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)控制器的升級(jí)換代。因此，嵌入式單片機(jī)已成為智能儀器和測(cè)控系統(tǒng)的主流微控制器。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
　　本系統(tǒng)以ARM為控制核心，配合CDMA MODERM通信模塊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制、數(shù)據(jù)和參數(shù)復(fù)位、參數(shù)設(shè)置、請(qǐng)求實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、請(qǐng)求歷史數(shù)據(jù)、異常信息報(bào)警、負(fù)荷管理等功能，如圖1所示。圖中CDMA模塊是指具有登錄CDMA網(wǎng)絡(luò)功能的芯片。處理器與CDMA模塊通過(guò)串行協(xié)議通信，從數(shù)據(jù)采集器得到數(shù)據(jù)后，CDMA模塊負(fù)責(zé)以CDMA資料包的形式通過(guò)CDMA網(wǎng)絡(luò)把資料發(fā)送到中國(guó)聯(lián)通的內(nèi)部網(wǎng)(UNINET)，然后由中國(guó)聯(lián)通通過(guò)CDMA服務(wù)節(jié)點(diǎn)(GSN)，把資料發(fā)送到Internet上。由于CDMA網(wǎng)絡(luò)以IP尋址為基礎(chǔ)，所以主站只需要簡(jiǎn)單接入Internet，并具備公網(wǎng)分配的IP地址即可。

2 監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 ARM單片機(jī)及存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)
　　(1)ARM單片機(jī)LPC2214簡(jiǎn)介
　　LPC2214^[4]是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMI-STMCP的微控制器，并帶有128 KB的嵌入式高速片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器。片內(nèi)128位寬的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大的時(shí)鐘頻率下運(yùn)行。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過(guò)30%，而性能的損失卻很小。
　　由于LPC2214較小的144腳封裝、極低的功耗、多個(gè)32位定時(shí)器、8路10位ADC以及多達(dá)9個(gè)外部中斷，使其特別適用于工業(yè)控制、醫(yī)療系統(tǒng)、訪問(wèn)控制和POS機(jī)。
　　LPC2214可使用的GPIO高達(dá)76個(gè)(使用了外部存儲(chǔ)器)或112個(gè)(單片應(yīng)用)。由于內(nèi)置了寬范圍的串行通行接口，它也非常適用于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、嵌入式軟Modem以及其他各種類(lèi)型的應(yīng)用，電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。

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　　①為了增加A/D轉(zhuǎn)換精度和模擬抗干擾性，應(yīng)當(dāng)提高ADE7758模擬端口的信號(hào)幅值，故設(shè)定GAIN的放大倍數(shù)等于LVAP端和IAP端的最大輸入幅值為0.5 V。
　?、陔妷和ǖ酪?20 V額定值，根據(jù)變壓器的變比和0.5 V的末端電壓，粗略計(jì)算分壓電阻的個(gè)數(shù)和阻值；電流通道類(lèi)似，換成考慮電流互感的變比，來(lái)估算采樣電阻的值。
　　③在調(diào)試時(shí)，讀出ADE7758的電壓、電流、功率等內(nèi)部寄存器的原始值，來(lái)驗(yàn)證電阻值是否合適。
　　REF端為A/D轉(zhuǎn)換的參考電壓端，芯片內(nèi)部可產(chǎn)生2.5 V基準(zhǔn)電壓，它對(duì)測(cè)量精度的影響很大，所以用22 μF的鉭電容和0.1 μF獨(dú)石電容并聯(lián)去藕。
　　APCF和VARCF端采用光電隔離的方式輸出脈沖信號(hào)，以供校準(zhǔn)和電能計(jì)算。
3 軟件設(shè)計(jì)
3.1 配置ARM的FIFO模塊
　　只有正確設(shè)置CDMA模塊的參數(shù)，才能保證終端與主站正常通信。由于等待設(shè)置CDMA模塊參數(shù)指令的返回值的延時(shí)時(shí)間不能確定，為了能正確接收返回值，本系統(tǒng)利用了ARM7串口自帶的FIFO寄存器實(shí)現(xiàn)中斷接收^[6]。每次接收清空接收緩沖區(qū)，這樣保證接收判斷無(wú)誤，不會(huì)由于“錯(cuò)誤”的判斷產(chǎn)生錯(cuò)誤的指令輸入到CDMA模塊。ARM7串口配置程序如下：
　　……
　　PINSEL0=(PINSEL0&(～0x0f )) | 0x00000005；　　　//設(shè)置I/O連接到UART0
　　U0LCR=0x83；　　　　　　　　　　　　　　　　　　//DLAB=1，允許設(shè)置波特率
　　Fdiv=(Fpclk / 16) / UART_BPS；　　　　　　　　　//設(shè)置波特率
　　U0DLM=Fdiv / 256；
　　U0DLL=Fdiv % 256；
　　U0LCR=0x03；
　　U0FCR=0x81；　　　　　　　　　　　　　　　　　　//使能FIFO，并設(shè)置出發(fā)點(diǎn)
　　U0IER=0x01；
　　VICIntSelect=0x00000000；　　　　　　　　　　　 //設(shè)置為IRQ中斷
　　VICVectCntl0=0x20|(1<<6)；　　　　　　　　　　　//設(shè)置終端優(yōu)先級(jí)
　　VICVectAddr0=(uint32)UART0_FIFO_Rx；　　　　　　//保存中斷服務(wù)程序的入口地址
　　VICIntEnable |=(1<<6)；???????????????????????? //使能UART0的中斷允許
　　……
3.2 遠(yuǎn)程升級(jí)
　　遠(yuǎn)程升級(jí)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的任務(wù)。為了防止傳輸誤碼，采用校驗(yàn)和來(lái)檢驗(yàn)升級(jí)報(bào)文的正確性。如果升級(jí)報(bào)文為多幀傳輸，則應(yīng)接收檢驗(yàn)完最后一幀報(bào)文后，再通過(guò)串口輸出“＋＋＋”到CDMA模塊，令其進(jìn)入命令模式。然后將接收的升級(jí)報(bào)文備份到SST39VF160中，不要覆蓋之前備份的升級(jí)報(bào)文，防止升級(jí)未完成時(shí)，仍能繼續(xù)工作。升級(jí)是一件比較重要的事件，因此，升級(jí)開(kāi)始時(shí)，要置升級(jí)標(biāo)志，在升級(jí)完成后，再清該標(biāo)志，重新發(fā)指令，讓CDMA模塊撥號(hào)，最后發(fā)送升級(jí)確認(rèn)報(bào)文給主站。
3.3 ARM啟動(dòng)代碼
　　(1)異常向量表。ARM處理器從邏輯地址0x00000000處讀取中斷向量表，而此地址初始映射為Flash地址，所以，如果要在RAM中運(yùn)行程序且響應(yīng)中斷，則應(yīng)利用地址重映射功能(REMAP)將RAM中包含中斷向量表的地址映射到0x00000000處。
　　(2)VIC初始化。程序首先禁止所有中斷，以避免一個(gè)中斷沒(méi)有響應(yīng)又載入程序，從而因向量中斷控制器狀態(tài)錯(cuò)誤而不能正確識(shí)別中斷。設(shè)置VICVectAddr寄存器的值為0，最后將所有中斷設(shè)置為IRQ中斷。
　　(3)設(shè)置CPSR寄存器的I位。因?yàn)槭褂肬ART0的FIFO中斷接收且設(shè)置為IRQ中斷，所以必須開(kāi)啟IRQ，即清CPSR的I位，在啟動(dòng)代碼中使用“MSR CPSR_c，#0x5F”指令。
　　此外，監(jiān)控系統(tǒng)還應(yīng)用了帶擴(kuò)展AT+I指令集功能的CDMA通信軟件。其指令集以及實(shí)現(xiàn)編程不贅述。
　　由于移動(dòng)通信系統(tǒng)為一個(gè)現(xiàn)有的平臺(tái)，在電力監(jiān)控系統(tǒng)中采用CDMA1X網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可以大大降低通信系統(tǒng)的一次性投資，而且可減少工程實(shí)施中調(diào)試通信系統(tǒng)的時(shí)間，降低通信系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用，減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率及配網(wǎng)自動(dòng)化管理水平。該系統(tǒng)已在廣西某電力部門(mén)應(yīng)用一年多?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用效果證明采用ARM嵌入式控制器LPC2210和高精度電量計(jì)量芯片ADE7758使智能無(wú)功補(bǔ)償控制器工作更加穩(wěn)定，實(shí)時(shí)性更好，是一種理想的無(wú)功補(bǔ)償控制器升級(jí)換代產(chǎn)品，具有很好的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)
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