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标题: 基于ARM920T的嵌入式电力参数检测系统设计 [打印本页]

作者: 520503 时间: 2015-5-13 09:13 标题: 基于ARM920T的嵌入式电力参数检测系统设计

随着社会经济和科学技术的飞速发展，电力机车、地铁和电动汽车等将得到广泛的应用。这些用电设备的电能变换与控制系统均采用双向变流设备来实现节能运行。因此，电力参数检测装置对能量的双向计量问题越来越受到人们的关注，并已成为电能检测与计量技术发展的重要方向之一。
　　传统的电力参数检测装置一般都是基于单片机或DSP设计的，前者受运算速度和处理数据能力的限制，越来越难以满足目前电力参数检测装置的需要；而后者的输出控制能力又较差。为此，本文介绍了一种以ARM920T为核心并嵌入Linux操作系统的电力参数检测装置。
　　1系统硬件设计电力参数检测装置的硬件部分采用嵌入式Linux操作系统和ARM结合的开发平台，不仅具有较强的数字信号处理能力，而且系统可靠性和实时性也较高，图1所示是其硬件结构框图。

　　1.1核心微处理器
　　本系统采用深圳优龙公司的ST2410为核心开发板，该板是一款基于ARM920T内核的16／32位RISC嵌入式微处理器．该处理器的工作频率高达203 MHz。
　　该系统充分利用ST2410丰富的外设接口go简化了外围接口电路的设计。通过UART或USB接口都可实现宿主机与目标机的通信，ST2410集成有一个含有采样和保持功能的10位ADC模块，其最大转换速率为500 ksps，而且采样通道数和通道的采样顺序可以通过编程来决定。该模块还具有16位模数转换结果寄存器，模数转换的启动和停止方式非常灵活，并可以通过软件设置来启动模数转换功能，也可以通过查询或中断方式来判断其自带的8通道10位A／D转换器是否可对外部的模拟信号进行采样。另外，ST2410上还自带117个GPIO口，通过这些接口可以进行LED和按键的扩展。
　　此外，还嵌入了功能强大的Linux操作系统。由于Linux是自由软件，因此，用户可以自行编译内核，修改和扩充操作系统。最重要的是Linux是全面的多任务和真正的32位操作系统，其内核十分稳定、小巧灵活、易于剪裁，这些都为系统的高效稳定运行提供了基础。
　　1.2信号采集单元的设计
　　信号采集单元的作用是采集交流电压与电流信号，它将采集的信号调理成0～3.3 V后送到处理器进行处理，以满足A／D输入要求。
　　(1)传感器的选择
　　本设计选用的LTS25-NP多极电流传感器和IN28-P电压传感器具有反应时间快、共模抑制比强、低温漂与频带宽、抗外界干扰能力强、精度高、线形度好等优点。
　　(2)前置放大
　　由于差动放大器的输入阻抗很高，对信号源索取的电流很小，可以提高共模抑制能力和测量精度。因此，前置放大器一般采用差动输入法对信号进行处理。4电能的双向计量方法
　　能量的双向流动指的是用电设备电能的流入与流出。根据式(5)可判断能量的流动方向，从而分别计量流人与流出能量的多少。
　　4.1功率的计算
　　由式(3)、(4)、(5)可以得出一个周期内的视在功率Sj、有功功率Pj和无功功率Qj，其具体公式分别如下：

　　4.2电能的计量
　　一个用电设备在M个周期内所需的电能E可表示为：

　　式中，Pj表示第j个周期的有功功率；M表示以周期量表示的设备运行时间。这样，由式(9)可知：
　　当Pj>0时，用电设备吸收能量，其值可用E1表示，同时在Pj<0时，用电设备输出能量，其值可用E2表示。
　　这样，分别计量吸收与释放的能量E1和E2，就能实现电能的双向计量。
　　5结束语
　　本文设计的电力参数检测装置充分利用了32位ARM处理器的运算速度快、处理数据能力强及片上资源丰富等优点，而配以多任务操作系统Linux，则较大程度地解决了测量精度与实时性之间的矛盾。同时，系统的双向计量功能，使得此系统在双向变流装置中对电力参数的检测和能量的双向计量具有重要意义

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