基于ARM的十回路智能配电监控单元设计

 

　　本文以内含ARM7TDMI—STM CPU的微控制器LPC2132芯片作为系统主控制器，针对电力系统数据信号的采集和数据通信，以及电力系统状态监测为研究主题，研究设计出了一种具备智能配电，并可同时监控十个用户回路的终端控制单元，其具备测量各回路中有功功率、无功功率、能量、电压、电流、功率因数等电力参数功能。

　　1 电力参量的测量原理

　　对称三相电源通常由三个频率相同、幅值相等和初相角为1200的正弦电压源按一定方式连接而成，三相信号可依次称为A、B、C相，记为uA、uB、uC，它们的瞬时表达式如下：

　　

 

　　在交流电路中，电压与电流之间的相位差的余弦叫做功率因数，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即：

　　

 

　　功率因数反映的是输出功率中无功功率所占的比例。提高用电器的功率因数一般有两方面的意义.一是减小输电线路上的功率损失;二是充分发挥电力设备(如发电机、变压器等)的潜力。因此，提高功率因数，对于提高电源设备的利用率，改善供电质量，节约电能都有积极的作用。

　　2 硬件设计

　　2.1 总体结构

　　为了避免强电信号对弱电信号的干扰，本系统在整体结构上采用三层电路板，即：底层的信号采集电路板，中间层的信号处理电路板，上层的LCD显示电路板。底层板上布置了很多大而重的元器件，这有利于整个单元实物的稳定性;中间层的主要功能是将信号采集层传递过来的信号加以处理，因此这层板也是本设计的主控电路板;上层板主要是实现显示功能，对从中间层传送过来的测量参数进行实时显示，整个监控单元的总体结构如图1所示。

　　

 

　　2.2 微控制器的选择

　　本系统选用LPC2132为微控制器，这是一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32/16位ARM7TD—MI—STM CPU的微控制器，并带有64/128/256/512KB的嵌入式高速Flash存储器。LPC2132具有多个32位定时器、1个(LPC2132)10位8路ADC、1O位DAC、PWM通道和多达47个GPIO，以及9个边沿或电平触发的外部中断。其系统中的LPC2132外接口示意图如图2所示。