薛 帥 薛 龍

（1.天津科技大學(xué)，天津 300222；2.廣靈縣互聯(lián)網(wǎng)信息辦公室，山西 大同 037500）

傳統(tǒng)的電測(cè)儀存在測(cè)量功能單一的問題，如今多功能的精確測(cè)量是電測(cè)儀的發(fā)展方向。設(shè)備電量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備的電量在線監(jiān)測(cè)，滿足電參數(shù)的精確測(cè)量。

1 電量檢測(cè)

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要針對(duì)一些需要實(shí)施監(jiān)測(cè)電量的工業(yè)用電場(chǎng)所。因用電設(shè)施設(shè)在地下、 分布較廣等原因不便觀測(cè)的情況，本系統(tǒng)就可對(duì)此發(fā)揮重要作用。

2 硬件系統(tǒng)構(gòu)建

完成節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集工作，主要有電壓、電流、功率等電參量，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集并組網(wǎng)，通過RS485 協(xié)議與工控機(jī)通信，最后將數(shù)據(jù)傳送至用戶計(jì)算機(jī)。

2.1 節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)采用常州金源永利達(dá)公司的DDS54 數(shù)字式電能表對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行電量采集。該電能表主要由以下特點(diǎn)：電能表主要由兩個(gè)功能系統(tǒng)組成，即電能測(cè)量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。電能測(cè)量系統(tǒng)由一塊進(jìn)口單相計(jì)量芯片和外圍元件組成，完成電能量到計(jì)數(shù)脈沖的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要由CPU 和RS485 接口電路組成，CPU 采用大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)，將振蕩、脈沖分頻電路、電壓檢測(cè)電路、 液晶驅(qū)動(dòng)電路和RS485 通訊協(xié)議集成在一片電路上，把從電能測(cè)量系統(tǒng)輸入的電能脈沖進(jìn)行處理、計(jì)數(shù)分頻，并輸出測(cè)試脈沖和液晶驅(qū)動(dòng)信號(hào)。RS485 接口電路完成數(shù)據(jù)信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換和RS485 信號(hào)的接收處理和發(fā)送處理工作，該電路采取防靜電和抗干擾設(shè)計(jì)原則，并采用信號(hào)隔離技術(shù)，端口與市電電網(wǎng)完全隔離，最大限度保證了端口的可靠性和安全性。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸

RS485 由RS232 接口標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展而來，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到多點(diǎn)或者多點(diǎn)到多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)組建，解決了RS232 接口標(biāo)準(zhǔn)不能聯(lián)網(wǎng)的問題。組建成本低、可靠性高、分布范圍較大等是RS485 總線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程抄表、智能家居等領(lǐng)域。

RS485 總線網(wǎng)絡(luò)的通信方式包括兩種： 主從式和總線式。主從式是當(dāng)今工業(yè)控制中多采用的通信方式，而總線式擁有更好的通用性、擴(kuò)展性，同時(shí)在總線式通信協(xié)議上也易于組建主從式RS485 通信網(wǎng)絡(luò)。組網(wǎng)方式簡(jiǎn)單，組建成本低廉，RS485 總線網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式很大程度上滿足了工業(yè)組網(wǎng)的需求。

從理論上講，當(dāng)通信速率不超過100Kbps 時(shí)，RS485 上的信號(hào)傳輸距離最長可以達(dá)到1 200km。但因?yàn)殡娎|及芯片的一些傳輸特性，在實(shí)際應(yīng)用中傳輸?shù)木嚯x也會(huì)有所不同。為了滿足實(shí)際中有些長距離的傳輸要求，可以采用增加中繼器的方法放大傳輸信號(hào)以增大傳輸距離，一般最多可以增加八個(gè)中繼器。

本系統(tǒng)通過RS485 總線協(xié)議組網(wǎng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。各節(jié)點(diǎn)的RS485 輸出端掛載在RS485 總線上，將采集到的電量數(shù)據(jù)通過RS485 總線經(jīng)過RS485/RS232 轉(zhuǎn)換后傳輸至工控機(jī)上，工控機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、存儲(chǔ)后通過TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸給用戶計(jì)算機(jī)，形成網(wǎng)絡(luò)，方便各部門層對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)觀測(cè)與調(diào)用，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)化和模塊化的設(shè)計(jì)思路，可以分為下位機(jī)和上位機(jī)兩部分。

下位機(jī)部分主要就是單片機(jī)程序的編寫，系統(tǒng)選用C 語言作為下位機(jī)編程語言，主要包括液晶顯示模塊的調(diào)用程序、串口通信程序以及鍵盤程序的編寫等。

上位機(jī)軟件開發(fā)是本系統(tǒng)的重點(diǎn)，這部分主要包含以下三個(gè)步驟：第一步是開發(fā)環(huán)境的選取，選取適宜的開發(fā)工具和開發(fā)環(huán)境可使軟件開發(fā)的過程更為高效便捷，也能提高系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。而且一個(gè)優(yōu)良的開發(fā)環(huán)境一般會(huì)對(duì)系統(tǒng)軟硬件資源進(jìn)行合理分配使其得到充分利用，使用戶使用時(shí)更加得心應(yīng)手。本系統(tǒng)選用的LabVIEW8.5 開發(fā)環(huán)境可以完全滿足上述要求：它提供了一個(gè)直覺性環(huán)境，可以方便進(jìn)行整體框架的搭建以及程序設(shè)計(jì)調(diào)試，而且與測(cè)量硬件的密切結(jié)合使數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和硬件控制的過程更為高效。第二步是儀器驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)。儀器驅(qū)動(dòng)程序主要用來完成儀器硬件設(shè)備的通信和控制，因此需要考慮下位機(jī)各個(gè)硬件的接口定義，這些接口定義一般由廠商完成，而LabVIEW 開發(fā)環(huán)境中集成了多種儀器驅(qū)動(dòng)程序，包括系統(tǒng)所需的串口驅(qū)動(dòng)程序、顯示驅(qū)動(dòng)程序、鍵盤驅(qū)動(dòng)程序等。最后一步是程序的打包，用戶界面和源程序代碼完成后，系統(tǒng)利用LabVIEW 應(yīng)用程序生成器，將編寫好的虛擬儀器（VI）轉(zhuǎn)換成獨(dú)立應(yīng)用程序(.exe)，方便快捷，便于用戶安裝和使用。

在本系統(tǒng)中，當(dāng)節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)傳輸給用戶計(jì)算機(jī)后，需要將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線的形式顯示，便于用戶監(jiān)測(cè)，并且可以對(duì)電量參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

4 結(jié)語

本文對(duì)系統(tǒng)組建及主要功能進(jìn)行了介紹，整個(gè)過程條理清晰。系統(tǒng)符合時(shí)下工業(yè)要求，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，提高了工作效率，利于電能節(jié)約，并有效地降低電能污染，間接降低了工業(yè)生產(chǎn)成本。

[1]馮子陵，俞建新.RS485 總線通信協(xié)議的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程，2012，38（20）：216-218.