基于遠(yuǎn)程電網(wǎng)電流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

王 旺（國(guó)網(wǎng)北京通州供電公司,北京 101100）

基于遠(yuǎn)程電網(wǎng)電流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

王 旺
（國(guó)網(wǎng)北京通州供電公司,北京 101100）

遠(yuǎn)程電網(wǎng)電流數(shù)據(jù)收錄系統(tǒng)設(shè)計(jì)由數(shù)據(jù)采集終端和數(shù)據(jù)處理的主機(jī)共同組成，在對(duì)電網(wǎng)電流采取終端數(shù)據(jù)收集時(shí)，主要就是運(yùn)用GPRS互聯(lián)網(wǎng)將信息發(fā)至到云端處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄，數(shù)據(jù)處理主機(jī)將會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)接收并且進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。數(shù)據(jù)采集終端的STM32全部對(duì)A/D采集以及GPRS數(shù)據(jù)的發(fā)送。

電網(wǎng)電流數(shù)據(jù)采集；互聯(lián)網(wǎng);數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)采集

0 引言

計(jì)算機(jī)和集成電路的不斷更新使得信息化日新月異，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的收集與智能化接軌，并快速發(fā)展著，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集技術(shù)的應(yīng)用普遍，在國(guó)外中已經(jīng)誕生了較多具有意義的探究成果,所以展開(kāi)電網(wǎng)波形實(shí)時(shí)采集階段中，要對(duì)電網(wǎng)信號(hào)展開(kāi)高精準(zhǔn)的監(jiān)控，并依據(jù)這些采集并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和分析。電網(wǎng)電流數(shù)據(jù)采集中數(shù)據(jù)處理主機(jī)接收數(shù)據(jù)，同樣在數(shù)據(jù)采集終端完成對(duì)時(shí)間的校準(zhǔn)、重新啟動(dòng)、更改觸發(fā)條件等運(yùn)作行為。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

遠(yuǎn)程運(yùn)用系統(tǒng)的性能作用涵蓋數(shù)據(jù)的采集、傳輸還有處理三個(gè)方面，在該結(jié)果中而言是借助數(shù)據(jù)采集終端實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集還有數(shù)據(jù)傳輸，這些程序均由數(shù)據(jù)處理主機(jī)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。采集終端的形成是利用STM32控制芯片、ADC、GPRS模塊、時(shí)鐘芯片、電流互感器此類部件形成數(shù)據(jù)采集，在電路里將電流互感器接入，并利用ADC完成數(shù)據(jù)的采集后，在控制芯片中完成對(duì)數(shù)據(jù)的保留。獲取數(shù)據(jù)采集時(shí)間就用時(shí)鐘芯片進(jìn)行控制，在最終階段通過(guò)GPRS板塊的設(shè)計(jì)將在互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行下把數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)處理主機(jī)。數(shù)據(jù)采集觸發(fā)時(shí)間、市電電壓初相位和經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的市電電流采樣這些內(nèi)容均是采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

2 硬件設(shè)計(jì)

通過(guò)調(diào)查可知，STM32F103主要是在STM32控制的芯片中運(yùn)用，ADC的芯片使用MAX1110，時(shí)鐘芯片使用RX8025， GPRS模塊使用M590。電流傳感器和市電電流共同連通后接入ADC芯片前通過(guò)信號(hào)放大電路電流，使主控芯片儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的傳輸采集。將接入的正弦波電壓在電壓處理電路中進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將轉(zhuǎn)換完的電壓方波信號(hào)傳輸?shù)街骺匦酒?。這就使得主控芯片、ADC模塊、GPRS通信模塊、RTC時(shí)鐘模塊、SD卡儲(chǔ)存模塊里所具備的直流電壓并不一致。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)采集終端軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集終端流程的全部環(huán)節(jié)中運(yùn)用了循環(huán)價(jià)值，在進(jìn)行循環(huán)操作前，需要讓程序完成初始化設(shè)定，并在開(kāi)啟程序循環(huán)后，將服務(wù)于看門狗程序停止。在運(yùn)行階段，A/D定時(shí)器未連接、DMA未連接或者SD卡拔出中斷等情況出現(xiàn)，首先就要檢查處理中斷服務(wù)，當(dāng)數(shù)據(jù)的初始化定時(shí)程序產(chǎn)生意外后，在循環(huán)內(nèi)不存在該程序的運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)用看門狗程序讓STM32再次重新開(kāi)啟，讓設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可靠性被保障。

3.1.1 電流數(shù)據(jù)采樣

將設(shè)定定時(shí)器中斷時(shí)間程序設(shè)置采樣率時(shí)，最初要有程序的初始化設(shè)置。如果想要啟動(dòng)ADC芯片采樣電流信號(hào)就需要STM3通過(guò)定時(shí)器T3中斷來(lái)設(shè)置相應(yīng)的服務(wù)函數(shù)，利用SPI接口運(yùn)用DMA傳輸行為讓STM32接受到數(shù)據(jù)。DMA半滿將服務(wù)函數(shù)中斷是AD_ Buffer數(shù)組所具備的功能， AD_ Buffer數(shù)組將數(shù)據(jù)寫入STM32內(nèi)存中。AD_ Buffer數(shù)組有很大的存儲(chǔ)空間，一般的存儲(chǔ)量是5x20個(gè)周波，其中每個(gè)周波內(nèi)涵蓋了128個(gè)電流采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)（ 采樣點(diǎn)數(shù)為2"，讓FFT變換更便捷)。

3.1.2 電壓初相位數(shù)據(jù)獲得

矩形波是利用市電電壓在電路中傳遞，讓STM32信號(hào)收到，接著運(yùn)用所對(duì)應(yīng)的STM32外部中斷方式下降沿中斷設(shè)置模式，電壓的初相位就是按照最初采樣慢慢到下降沿中斷過(guò)程產(chǎn)生的時(shí)間。

3.1.3 SD卡初始化與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

SD卡初始化是程序初始化的首要過(guò)程，在完成初始化后顯示的狀態(tài)是“TRUE"，SD卡拔出時(shí)中斷服務(wù)函數(shù)就會(huì)將狀態(tài)顯示為“FALSE"。初始化完成就會(huì)顯示TRUE，然后就會(huì)自動(dòng)跳過(guò)初始化程序階段，如果程序顯示的是“FALSE”狀態(tài)，程序就不會(huì)跳過(guò)這個(gè)過(guò)程，并對(duì)之前的程序進(jìn)行重新檢測(cè)和初始化。發(fā)送成功完成后，程序就將發(fā)送過(guò)程成功完成的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到SD卡，然后用于進(jìn)行數(shù)據(jù)備份。

3.1.4 GPRS上線及數(shù)據(jù)發(fā)送

保證GPRS在線是數(shù)據(jù)信息成功發(fā)送的前提。GPRS的啟動(dòng)主要是在系統(tǒng)初始化階段出現(xiàn)，接著落實(shí)GPRS在線注冊(cè)，利用TCP協(xié)議，第一步需要建立PPP連接，第二步需要建立TCP連接，在這個(gè)過(guò)程中就需要保持GPRS是在線的狀態(tài)。在數(shù)據(jù)滿足采用條件時(shí)，STM32就會(huì)使數(shù)據(jù)以AT指令格式經(jīng)由DART傳輸至GPRS中，GPRS模塊的M590有這樣的規(guī)定，其中每包不超過(guò)1 024 B。

3.2 數(shù)據(jù)處理主機(jī)軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)對(duì)主機(jī)軟件的處理中要讓如下性能發(fā)揮出來(lái)：

配置端口號(hào): 發(fā)出ID一定要與端口號(hào)和數(shù)據(jù)采集終端相同的指令；

校正數(shù)據(jù)采集終端的時(shí)間: 數(shù)據(jù)采集終端獲得當(dāng)前的時(shí)間信息就需要利用TCP通道將現(xiàn)階段時(shí)間信息下發(fā)到數(shù)據(jù)采集終端中；

接收與處理數(shù)據(jù):心跳包就需要通過(guò)對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，心跳包只過(guò)多次對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)包字節(jié)個(gè)數(shù)的調(diào)整但不寫入數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)包也對(duì)SSCOM串口助手定時(shí)發(fā)送時(shí)間的更改。

4 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)依據(jù)德州儀器(TI)公司的半開(kāi)源Z1saTBPP協(xié)議棧Z-Stack程序，運(yùn)用目前的CC2530開(kāi)發(fā)板技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)終端低功耗串口透明傳輸和數(shù)據(jù)的采集。Z1saTBPP技術(shù)用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸。因此本設(shè)計(jì)避免復(fù)雜的通信協(xié)議，更加方便快捷，這樣使用無(wú)線傳輸?shù)姆绞剑艿乩憝h(huán)境約束小，低功耗，很容易在野外長(zhǎng)時(shí)間使用。

[1]謝加明.基于ARM9-μC/OS-II的多任務(wù)A/D采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子制作,2014(23).

[2]陳曉燕,朱玉龍.基于多傳感器信號(hào)融合的數(shù)字濾波方法[J].電氣傳動(dòng),2015(02).

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.179