您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)
嵌入式單片機電力系統(tǒng)應用技術(shù)分析
單片機作為當前使用頻次高的微型控制器，不僅能夠勝任大多計算機所能夠完成的任務，同時也具有更好的便攜性與適應性，對于某些特殊情況甚至擁有比傳統(tǒng)計算機處理方式更好的處理效果。以電力系統(tǒng)的監(jiān)測工作為例，以單片機為基礎設立嵌入式系統(tǒng)，能夠有效提高電力系統(tǒng)監(jiān)控工作的精度、效率、時效性以及可靠性。尤其是在近些年間，單片機技術(shù)臻于成熟，使得基于嵌入式單片機的電力系統(tǒng)應用技術(shù)的各方面表現(xiàn)都能夠符合預期結(jié)果。
一、智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件需求
（一）智能電力監(jiān)控系統(tǒng)所具備的功能
本文所設計的智能電力監(jiān)控系統(tǒng)在功能上將會對電力系統(tǒng)的總負荷進行監(jiān)測，如果監(jiān)測數(shù)值超出設定的大值，則會自動對電力系統(tǒng)的輸電功能進行調(diào)整，并自動預警，提醒電氣設備檢修人員對其采取相應的維修工作。對此，智能電力監(jiān)控系統(tǒng)至少應當具備如下模塊：首先是信號采集模塊。信號采集模塊的主要功能是對電力系統(tǒng)的電壓與電流數(shù)值進行實時測定，并進行數(shù)據(jù)輸入；其次是信號轉(zhuǎn)換模塊。信號轉(zhuǎn)換模塊的主要功能是將采集的模擬信號轉(zhuǎn)變成為數(shù)字信號，以便單片機能夠?qū)ζ溥M行處理；第三是信號處理模塊。該模塊以嵌入式單片機為主要工作元件，主要功能是對信號轉(zhuǎn)換模塊傳輸?shù)臄?shù)字信號進行處理，與既定的數(shù)據(jù)限值進行比對，并選取系統(tǒng)應當采取的合理行為。第四是數(shù)據(jù)輸出模塊。此模塊功能較為復雜，其一是對電力系統(tǒng)工作狀態(tài)進行調(diào)整，其二是進行信號傳輸，將電力系統(tǒng)工作狀態(tài)傳輸至電力系統(tǒng)管理人員。除了上述模塊之外，智能電力系統(tǒng)的硬件部分還應該包括電力供給裝置，由于電力系統(tǒng)本身便能夠提供足夠的電能，故該監(jiān)控系統(tǒng)可以從電網(wǎng)中取電，經(jīng)轉(zhuǎn)換器處理之后為單片機以及其他模塊供應穩(wěn)定的低壓直流電[1]。
（二）智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的電路設計
單片機對運行電壓要求較為苛刻，一般只能適用于5V或3.3V的低壓直流電路，而電力系統(tǒng)多為高壓交流電，為了能夠讓單片機可以取電于電網(wǎng)，需要對電網(wǎng)電路進行調(diào)整，主要目的為降低電壓和調(diào)整頻率。為了能夠完成該項任務，可以選取二極管、電容和電阻元件組成轉(zhuǎn)換器，以電阻為分壓元件、二極管為限壓元件、電容為調(diào)頻元件，實現(xiàn)高壓向低壓的轉(zhuǎn)換，避免高壓對單片機造成破壞作用。除了單片機電路之外，為了能夠?qū)崿F(xiàn)電力智能監(jiān)控系統(tǒng)的自動報警功能，需要對報警所使用的通信電路進行設計。在通信電路中，一般需要包括集成電路、光電耦合器、電阻以及三極管元件等裝置。通信電路的總線實行拓撲結(jié)構(gòu)，分別與數(shù)十個節(jié)點相連接，以便提高信號傳輸?shù)馁|(zhì)量，實現(xiàn)信號的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)范圍發(fā)展，實現(xiàn)短時間內(nèi)信號的大范圍傳播。光電耦合器的作用則是盡可能的過濾掉不需要的干擾信號，避免對所需要傳輸?shù)男盘栐斐捎绊慬2]。
二、智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的軟件需求
（一）智能電力控制監(jiān)控軟件的整體設計
對于智能電力控制系統(tǒng)軟件而言，其主要的作用便是對系統(tǒng)工作的執(zhí)行進行排序，確定每個工作步驟的執(zhí)行次序。當系統(tǒng)被開啟之后，整個智能電力監(jiān)控系統(tǒng)程序便開始正式運行，此時信號采集系統(tǒng)開始實時對電網(wǎng)中的電壓信號與電流信號進行測定，并將測定信號值輸入；輸入信號先通過信號轉(zhuǎn)換裝置由模擬信號轉(zhuǎn)換至數(shù)字信號，隨后才進一步傳輸至單片機處理裝置中進行處理；當單片機發(fā)現(xiàn)異常輸入信號之后，會根據(jù)單片機預設的系統(tǒng)行為方式對系統(tǒng)工作狀態(tài)進行控制，即關(guān)閉某段輸電網(wǎng)絡的正常功能，同時將預警信息傳輸至電網(wǎng)管理人員，通過控制中心的顯示屏或者是信息傳輸網(wǎng)絡發(fā)送到管理人員的移動設備上。至此，整個智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程結(jié)束。
（二）信號采集模塊的設計
信號采集模塊的工作模式較為復雜，首先需要將模塊進行初始化，使各個裝置的工作參數(shù)達到初始值；其次，在規(guī)定一個時間零點之后開始對電網(wǎng)中某一段時間內(nèi)的信號進行采集。一般來說，信號采集的時間應當根據(jù)電網(wǎng)中信號的變化周期來進一步確定，信號采集工作也應當盡可能在一個周期內(nèi)完成；當信號采集裝置獲取到電網(wǎng)信息中電壓與電流信息之后，不能直接將信號傳遞給單片機進行處理，而應當先對采集信號進行預處理，初步判定采集信號是否符合單片機的處理要求。如果信號質(zhì)量較差或存在其他問題，則應當將此段信號舍去，對電網(wǎng)中的相應信號進行重新采集；如果信號通過預處理確定符合相應要求，則可以將信號傳遞至單片機進行處理，此時計時結(jié)束，采樣工作開始進入下一個工作周期。在此模塊的軟件編寫中，值得注意的便是定時器的設置程序。定時器除了需要記錄采樣時間之外，還應該在采樣時間達到一個采樣周期之后自動中斷該節(jié)采樣工作，同時回到初始狀態(tài)。
（三）通信模塊的設計
為了能夠更加迅速的將預警信號傳遞給管理人員，電力監(jiān)控系統(tǒng)所使用的通信模塊大多選用主從式通信方式，眾多從機在主機的控制下完成相應的通信工作。對此，軟件程序設計要求主機能夠在某一個既定的周期向從機發(fā)送信號，并接受反饋信號。整個軟件程序需要使用到大量的if語句完成程序命令的循環(huán)