樂山師范學(xué)院 楊春鵬 吳 磊 蔣 強

?

基于MK60的智能電網(wǎng)部分參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計

樂山師范學(xué)院 楊春鵬 吳 磊 蔣 強

【摘要】該論文是實現(xiàn)智能電網(wǎng)建設(shè)的前期基礎(chǔ)工作，主要完成電壓、電流等電氣參數(shù)和溫度、濕度等非電氣參數(shù)的采集。通過JSY-MK-135交流電壓電流模塊、AM2305溫濕度傳感器和MK60單片機通過單總線通訊協(xié)議的方式采集所需要的各種參數(shù)。本系統(tǒng)方便實用，操作簡單，可以充分的反映電網(wǎng)特性、電氣設(shè)備工作特性以及電氣設(shè)備工作環(huán)境的參數(shù)。對智能電網(wǎng)的實現(xiàn)起了非常重要的作用。

【關(guān)鍵詞】電氣參數(shù)；非電氣參數(shù)；無線傳輸；數(shù)據(jù)采集

1 引言

發(fā)展智能電網(wǎng)是社會經(jīng)濟發(fā)展的必然條件。智能電網(wǎng)實現(xiàn)電網(wǎng)的安全可靠，經(jīng)濟高效[1]。目前智能電網(wǎng)的采集使用A/D采集的方式，A/D采集的方式速度比較慢且精度較低。所以本項目采用單總線的采集方式，可以很好的彌補這些缺點。

通過JSY-MK-135交流電壓電流模塊達到對電流、電壓等電氣參數(shù)的采集，之后通過AM2305溫濕度傳感器采集溫度和濕度，AM2305主要通過單總線通訊協(xié)議的方式采集數(shù)據(jù)，因其具有校準功能，所以采集到的數(shù)據(jù)十分準確。通過以上兩個模塊將所需要的參數(shù)采集到，通過無線傳輸?shù)姆绞絺鬏數(shù)绞謾C，在手機上可以讀出所采集到的數(shù)據(jù)，并進行實時監(jiān)控。所以，實現(xiàn)智能電網(wǎng)的數(shù)的監(jiān)測，及時掌握電網(wǎng)及設(shè)備的運行情況。

圖1 工作原理圖

2 電氣參數(shù)采集系統(tǒng)的設(shè)計

本系統(tǒng)通過JSY-MK-135交流電壓電流模塊進行電壓、電流、功率的參數(shù)，采用工業(yè)級專業(yè)電能計算芯片，對電壓、電流信號進行采集，通過高速處理器讀出計量芯片提供的參數(shù)，進行數(shù)據(jù)分析、處理、儲存。JSY-MK-135交流電壓電流模塊采用專業(yè)測量芯片，有效值測量方式，測量的精度較高。主要采集單相交流電參數(shù)，可配選不同規(guī)格單匝穿心互感器或猛銅直入式，操作簡易方便。其工作原理如圖1所示。

3 溫濕度采集

一種擁有溫濕度結(jié)合以及準確數(shù)字信號的測量的護額型傳感器AM2305，它是一款數(shù)字溫濕度傳感器。它擁有專門的溫濕度傳感和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，使產(chǎn)品擁有高性能的長期穩(wěn)定性和卓越的可靠性。有一個測溫器件和一個電容式感濕器件組成的傳感器，并且連接一個8位單片機。校準系數(shù)都是經(jīng)過程序儲存在OTP中的，檢測信號和處理比較準確。單總線接口形式，令傳感器系統(tǒng)的合成顯得十分便捷。信號的傳輸距離在20米左右和較小的體積和功耗是各種應(yīng)用場合上的最佳選擇。

3.1 電氣特性

VDD=5V，T=25℃，特殊情況見表1所示。

表1 AM2305的電氣特性

3.2 單總線通訊協(xié)議

單總線的通訊方式和其他的通訊方式大致相同，為了保證數(shù)據(jù)的完整性對于通訊協(xié)議比較嚴格。單總線芯片在數(shù)據(jù)傳輸過程中，每個單總線芯片都擁有唯一的地址，系統(tǒng)主機一旦選中某個芯片，就會保證通信連接直到復(fù)位，其他器件則全部脫離總線，在下次復(fù)位之前不參與任何通信[2]。

3.2.1 單總線通信信號類型

單總線通訊有以下幾種，主機的復(fù)位脈沖、從機的應(yīng)答脈沖、寫0、寫1、讀0和讀1。

下面就單總線的兩種寫時隙寫0和寫1進行簡單的介紹。主要有主機寫入1和0傳入到從機相應(yīng)的1 和0。每次的寫時隙有60us的間隔。1時隙的產(chǎn)生方式：主機拉低總線后，接著必須在15us之內(nèi)釋放總線，由上拉電阻將總線拉至高電平；主機先將總線拉底，在15us內(nèi)釋放，將總線拉倒高電平。0時隙的產(chǎn)生方式為在總線被拉低后，一直保持低電平。（至少60us）。圖2給為寫時隙（包括1和0）時序的圖形解釋。

圖2 單總線通訊協(xié)議中寫時隙時序圖

3.2.2 單總線通信的初始化

初始化序列是所有在單總線上的通信的開始，初始化序列包括復(fù)位脈沖和應(yīng)答脈沖。黑色實線代表系統(tǒng)主機拉低總線，灰色實線代表從機拉低總線，而黑色的虛線則代表上拉電阻極愛那個總線拉高[2]。復(fù)位與應(yīng)答脈沖的工作情況如圖3所示。

圖3 初始化過程中的復(fù)位與應(yīng)答脈沖

圖4 系統(tǒng)程序流程圖

4 軟件設(shè)計

系統(tǒng)啟動之后，由MK60單片機通過溫濕度傳感器和交流電壓電流傳感器采集所需要的電氣參數(shù)和非電氣參數(shù)，之后利用無線傳輸模塊進行對數(shù)據(jù)的輸送，將其傳輸?shù)绞謾C上達到對各種參數(shù)的實時監(jiān)控。利用上述方法達到預(yù)期的功能，實現(xiàn)電氣參數(shù)和非電氣參數(shù)的目的，實現(xiàn)對電氣參數(shù)和非電氣參數(shù)的實時監(jiān)控的目的。

程序流程框圖如圖4所示。

MK60的部分通訊程序如下：

unsigned char Read_Sensor(void)

{

unsigned char i;

//主機拉低(Min=800US Max=20Ms)

Sensor_SDA = 0;

Delay_N1ms(2); //延時2Ms

//釋放總線 延時(Min=30us Max=50us)

Sensor_SDA = 1;

Delay_N10us(1);//延時30us

//主機設(shè)為輸入 判斷傳感器響應(yīng)信號

Sensor_SDA = 1;

Sensor_AnswerFlag = 0;

// 傳感器響應(yīng)標志

//判斷從機是否有低電平響應(yīng)信號 如不響應(yīng)則跳出，響應(yīng)則向下運行

if(Sensor_SDA ==0)

{

Sensor_AnswerFlag = 1;

//收到起始信號

Sys_CNT = 0;

//判斷從機是否發(fā)出80us的低電平響應(yīng)信號是否結(jié)束

while((!Sensor_SDA))

{

if(++Sys_CNT>300)

//防止進入死循環(huán)

{

Sensor_ErrorFlag = 1;

return 0;

}

}

5 結(jié)束語

本次項目的模擬裝置能基本實現(xiàn)電氣參數(shù)與非電氣參數(shù)的采集、無線數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)對各種參數(shù)的實時監(jiān)控，能及時準確的反應(yīng)電網(wǎng)中各種參數(shù)的變化情況。整個系統(tǒng)成本低，操作簡單，數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定、及時、精確。同時利用JSY-MK-135交流電壓電流模塊、AM2305溫濕度傳感器可以使所采集的數(shù)據(jù)十分的精準。此項目的開展也對智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集方面有現(xiàn)實意義。

參考文獻

[1]常泳.智能電網(wǎng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)分析[J].價值工程,2010,29(9):217.

[2]陳志英,李光輝.單總線(1-Wire Bus)技術(shù)及其應(yīng)用[J].國外電子元器件,2003,08:4.

[3]張毅剛.單片機原理及應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2003.

楊春鵬（1994－），男，吉林榆樹人，本科，主要從事基于MK60的智能電網(wǎng)部分參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計。

吳磊（1995－），男，陜西漢中人，本科，主要從事基于MK60的智能電網(wǎng)部分參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計。

蔣強，博士，副教授，主要從事電力自動化研究。

通訊作者：

作者簡介：

基金項目：樂山市科技局重點研究項目（項目編號：15NZD100）。