遠程電參數(shù)測量技術(shù)探究范文

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《電子科技》2014年第五期

1數(shù)據(jù)測量及采集

1.1電流和電壓測量CS5460A可以利用電壓互感器或組織比較大的分壓電阻測量電壓，使用價格比較低的電流互感器或分流器測量電流。CS5460A具有功率計算引擎和電能－脈沖轉(zhuǎn)換雙通道ADC。電壓通道輸入引腳VIN±兩端輸入一電壓信號波，經(jīng)10倍增益放大器放大，再通過2ndΔ∑調(diào)制數(shù)字化。同時，電流通道輸入引腳IIN±兩端輸入一電壓信號波，為適應不同電平的輸入電壓，電流通道集成有一個增益可編程放大器(PGA)，使輸入電平量程可選為±250mVRMS或±50mVRMS。通過4thΔ∑調(diào)制器來數(shù)字化。兩個調(diào)制器的采樣速率為MCLK/8。兩個通道都提供了一個可選的高通濾波器，加入信號通路，以在VRMS/IRMS有功功率之前除去電流電壓信號中的直流成分。數(shù)字濾波器輸入字是基于DC偏移量調(diào)整和增益校準。校準后測量的瞬時電壓，電流是有效的。RMS值是利用最近的N格瞬態(tài)電壓/電流采樣值計算，這些值可以從IRMS和VRMS寄存器中讀

1.2功率測量由電功率的基本定義可知:電功率等于電壓與電流的乘積目前對電功率測量的方法有指針式功率表測量法和模擬乘法器測量法兩種。指針式測量法測量簡單、頻率響應低、精度低，且低功率因數(shù)的功率測量表價格較高。模擬乘法器測量法:采用專用的集成芯片進行測量，精度高但整個儀表價格較高。由電功率的定義可知，以模擬量表示的電路消耗的功率為式中，u，i分別為瞬時值;T為累積時間。為使電壓、電流信號能被STM32系統(tǒng)接收，必須對其進行采樣，以離散量表示的電功率的表達式為另外，瞬時電壓/電流的采樣數(shù)據(jù)相乘，得到瞬時功率。N個瞬時功率平均計算出有功功率的值來驅(qū)動電能脈沖輸出。經(jīng)過對數(shù)據(jù)的測量和計算，把所得到的IRMS、VRMS，電流、電壓或電能的瞬時值分別寫入不同的數(shù)據(jù)寄存器，等待主控制器STM32的讀取。

2通信接口的軟件設(shè)計

上位機的軟件設(shè)計部分，采用LabVIEW的DataSocket技術(shù)編寫，DataSocket能方便地實現(xiàn)測試中斷和現(xiàn)場儀器之間的數(shù)據(jù)交換，同時滿足時實行、安全性的指標要求。系統(tǒng)軟件流程圖如圖3所示。

2.1客戶端接收服務(wù)器發(fā)出的數(shù)據(jù)客戶端接收服務(wù)器發(fā)出的數(shù)據(jù)即DataSocket，讀取W5100內(nèi)部寄存器所存儲數(shù)據(jù)的應用程序框圖如圖4所示。數(shù)據(jù)經(jīng)服務(wù)器W5100上傳，經(jīng)DataSocketRead控件讀取再發(fā)送給遠程控制面板，先在DataSocketRead側(cè)說明數(shù)據(jù)類型，或由變體值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換節(jié)點VariantToData轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)類型，并在PC顯示，所顯示數(shù)值與服務(wù)器端發(fā)送的所采集的數(shù)據(jù)一致，達到了遠程監(jiān)控測試系統(tǒng)給的目的，同時用一個寫測量文件(WriteLabVIEWMeasurementFileExpressVI)來保存數(shù)據(jù)以方便存取和查看。在框圖里，“connectionin”輸入的是W5100所保存的URL，而數(shù)值顯示控件顯示所測得的電參數(shù)。顯示和保存歷史數(shù)據(jù)程序框圖如圖5所示。

2.2客戶端給服務(wù)器傳輸數(shù)據(jù)寫模塊的核心是DataSocketWrite.vi，它在工作前需要指定URL地址，VI每次從上一步接收數(shù)據(jù)后形成數(shù)據(jù)包并發(fā)送到目的地址。可以把通過DataSocketRead讀取到的并已經(jīng)保存的歷史數(shù)據(jù)經(jīng)DataSocketWrite將數(shù)據(jù)寫入到服務(wù)器，而服務(wù)器端則通過DataSocketRead從服務(wù)器上讀取遠程控制信號，然后根據(jù)控制信號功能實現(xiàn)不同的控制功能，進行顯示并保存。程序框圖如圖6所示。

3實現(xiàn)過程及設(shè)計結(jié)果

具體實現(xiàn)過程為:前端電路調(diào)理模塊把所輸入的大電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)镃S5460A可以接受的小電壓信號，以差模電壓或電流的形式輸入進去，CS5460A根據(jù)采樣電路輸入的瞬時電壓、瞬時電流及瞬時功率由SPI串口傳送至主控制器STM32F103，電壓或電流信號通過STM32F103豐富的外圍接口進行輸入或通過外部DataBus輸入，然后再用STM32處理器對傳輸?shù)碾娏骰螂妷簲?shù)據(jù)進行預處理，再通過SPI接口把數(shù)據(jù)傳遞給W5100芯片以完成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的處理，最后通過網(wǎng)絡(luò)連接端口把信號傳輸?shù)絇C機，從而實現(xiàn)遠程人機互動。

4結(jié)束語

以基于ARMCortex－M3的微處理器STM32F103VET6為主控制器，通過電量測量專用芯片CS5460A實現(xiàn)電量的精確測量，再利用以太網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)電量的監(jiān)控，從而實現(xiàn)電參數(shù)的遠程傳輸。遠程電參數(shù)測量技術(shù)是測控領(lǐng)域發(fā)展的方向之一，各種新技術(shù)、新器件、新理論的出現(xiàn)和計算機網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，將促進遠程電參數(shù)測量技術(shù)的發(fā)展和應用。

作者：王啟棟姚曉通王記榮單位：蘭州交通大學電子與信息工程學院