樂山師范學(xué)院 楊春鵬 吳 磊 蔣 強(qiáng)

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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(qiáng)

【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(jī)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(jì)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(jì)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(bǔ)這些缺點。

通過JSY-MK-135交流電壓電流模塊達(dá)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(zhǔn)功能，所以采集到的數(shù)據(jù)十分準(zhǔn)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(jī)，在手機(jī)上可以讀出所采集到的數(shù)據(jù)，并進(jìn)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(jìn)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(jìn)行采集，通過高速處理器讀出計量芯片提供的參數(shù)，進(jìn)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(zhǔn)確數(shù)字信號的測量的護(hù)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(jī)。校準(zhǔn)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(zhǔn)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(yán)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(jī)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(jī)的復(fù)位脈沖、從機(jī)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(jìn)行簡單的介紹。主要有主機(jī)寫入1和0傳入到從機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)拉低總線，灰色實線代表從機(jī)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(jī)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(jìn)行對數(shù)據(jù)的輸送，將其傳輸?shù)绞謾C(jī)上達(dá)到對各種參數(shù)的實時監(jiān)控。利用上述方法達(dá)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(jī)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(jī)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(biāo)志

//判斷從機(jī)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(jī)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(jìn)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(zhǔn)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(zhǔn)。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(xiàn)

[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(jī)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(qiáng)，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）。