2 系統實現

　　2. 1 監測終端的硬件結構

　　監測終端主要測量系統電壓波動、短時閃變和長時閃變;測量50 次以內諧波電壓和諧波電流的含有率、電壓和電流總諧波畸變率;測量三相電壓、電流基波的幅值和相位，以及正序、負序、零序分量的幅值、相位和不平衡度;測量系統電壓偏差和頻率偏差。它具有友好的人機交互功能，用戶可方便地得到相關的信息;具有遠程傳輸功能，服務于更高層的信息管理和分析系統。

　　終端監控單元主要由中央處理單元(MCU)、數據采集電路和GPRS 模塊構成，如圖2 所示。

　　MCU 采用S3C2410 微處理器，基于ARM920T 內核的32 bit RISC CPU，采用5 級指令流水線，處理器運行時的時鐘頻率最高可達到203 MHz; 片內主要有SDRAM控制器、3 通道的UART、4 通道的DMA、4 個具有PWM 功能的計時器和1 個內部時鐘、8 通道10 bit A/D、觸摸屏接口和I2C 總線接口等，具有MMU 功能，適合移植Linux 操作系統;具有低功耗、高性能的特點。

　　S3C2410 芯片使用2 片容量為32 MB、16 bit 的HY57V561620B 芯片，構成容量為64 MB、32 bit的SDRAM 存儲器，主要用作程序的運行空間及中間數據的保存，系統初始化后程序代碼調入SDRAM 運行，可提高模塊的處理速度; 容量為2 MB的NOR Flash 芯片SST39VF3601 用于存放引導程序;容量為64 MB 的NAND Flash 芯片K9F120810B 主要用于存放程序代碼、常量表，以及一些在系統斷電后需要保存的用戶數據等。

圖2 電能質量監測終端硬件結構圖

　　三相電流經過電流互感器(CT)，三相電壓經過電壓互感器(PT)后轉換到適合的范圍，再經過濾波及信號調理。由于諧波分析的范圍為2 ～ 50次諧波，設置了有源二階低通濾波器，濾除信號中高于50 次的諧波，以免出現混疊現象，發生測量誤差。ADS7864 是一種高速、低功耗、6 通道、同時采樣保證無失碼的雙12 bit A/D 轉換器。它包含2 個同時工作的12 bit A/D 轉換器，可以將轉換結果分別存放在6 個寄存器中，6 個通道轉換完后，由MCU 順序讀出轉換結果，然后再進行下一次采樣、轉換［4］。電信號由A/D 采樣芯片ADS7864 進行同步采樣、保持、A/D 轉換成數字信號，送入主芯片S3C2410 進行計算、數據處理、存儲數據和傳輸數據，再把實時計算結果送到LCD 顯示，并把超標數據存儲在NAND Flash 存儲器里。

　　在MCU 中，對采集到的周期性非正弦電量進行傅里葉(FFT) 級數分解，可得到基波分量和大于基波頻率的諧波分量，由FFT 運算得到基波的幅值和相位，以及各次諧波的幅值和相位，求出三相電壓的正序、負序分量，確定三相不平衡度，得到電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、電壓波動和電壓短時閃變等計算結果。

　　采用GPRS 模塊的MC55 實現采集數據的遠程傳輸，是一款內部帶有TCP /IP 協議棧的模塊，目前廣泛運用于智能公交、無線數據傳輸和遠程無線抄表等系統中，可在－ 20 ～ 70 ℃的環境下正常工作，功耗低、可靠性高、性價比高。由于MC55 模塊內嵌TCP /IP 協議棧，對用戶屏蔽了傳輸層、網絡層及數據鏈路層，用戶可直接對應用層進行軟件開發，降低了設計的復雜度，同時提高了控制器處理其他數據的能力。MC55 與S3C2410可以通過標準的串口直接相連，如圖3 所示。

圖3 GPRS 模塊與S3C2410 連接圖

　　由于MC55 模塊串口部分的邏輯電平為+ 2. 65 V，不能直接與S3C2410 的+ 3. 3 V 串口相連，需要加邏輯電平轉換電路。該設計在其各引腳電路中都串接了一個100 Ω 的電阻，以實現兩者串口電平的匹配。模塊的RING0 口與S3C2410 的UCLK 引腳相連，當數據到來時用來通知控制器，作為數據傳輸的中斷信號。