遠程電參數測量技術探究范文

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《電子科技》2014年第五期

1數據測量及采集

1.1電流和電壓測量CS5460A可以利用電壓互感器或組織比較大的分壓電阻測量電壓，使用價格比較低的電流互感器或分流器測量電流。CS5460A具有功率計算引擎和電能－脈沖轉換雙通道ADC。電壓通道輸入引腳VIN±兩端輸入一電壓信號波，經10倍增益放大器放大，再通過2ndΔ∑調制數字化。同時，電流通道輸入引腳IIN±兩端輸入一電壓信號波，為適應不同電平的輸入電壓，電流通道集成有一個增益可編程放大器(PGA)，使輸入電平量程可選為±250mVRMS或±50mVRMS。通過4thΔ∑調制器來數字化。兩個調制器的采樣速率為MCLK/8。兩個通道都提供了一個可選的高通濾波器，加入信號通路，以在VRMS/IRMS有功功率之前除去電流電壓信號中的直流成分。數字濾波器輸入字是基于DC偏移量調整和增益校準。校準后測量的瞬時電壓，電流是有效的。RMS值是利用最近的N格瞬態電壓/電流采樣值計算，這些值可以從IRMS和VRMS寄存器中讀

1.2功率測量由電功率的基本定義可知:電功率等于電壓與電流的乘積目前對電功率測量的方法有指針式功率表測量法和模擬乘法器測量法兩種。指針式測量法測量簡單、頻率響應低、精度低，且低功率因數的功率測量表價格較高。模擬乘法器測量法:采用專用的集成芯片進行測量，精度高但整個儀表價格較高。由電功率的定義可知，以模擬量表示的電路消耗的功率為式中，u，i分別為瞬時值;T為累積時間。為使電壓、電流信號能被STM32系統接收，必須對其進行采樣，以離散量表示的電功率的表達式為另外，瞬時電壓/電流的采樣數據相乘，得到瞬時功率。N個瞬時功率平均計算出有功功率的值來驅動電能脈沖輸出。經過對數據的測量和計算，把所得到的IRMS、VRMS，電流、電壓或電能的瞬時值分別寫入不同的數據寄存器，等待主控制器STM32的讀取。

2通信接口的軟件設計

上位機的軟件設計部分，采用LabVIEW的DataSocket技術編寫，DataSocket能方便地實現測試中斷和現場儀器之間的數據交換，同時滿足時實行、安全性的指標要求。系統軟件流程圖如圖3所示。

2.1客戶端接收服務器發出的數據客戶端接收服務器發出的數據即DataSocket，讀取W5100內部寄存器所存儲數據的應用程序框圖如圖4所示。數據經服務器W5100上傳，經DataSocketRead控件讀取再發送給遠程控制面板，先在DataSocketRead側說明數據類型，或由變體值數據轉換節點VariantToData轉換數據類型，并在PC顯示，所顯示數值與服務器端發送的所采集的數據一致，達到了遠程監控測試系統給的目的，同時用一個寫測量文件(WriteLabVIEWMeasurementFileExpressVI)來保存數據以方便存取和查看。在框圖里，“connectionin”輸入的是W5100所保存的URL，而數值顯示控件顯示所測得的電參數。顯示和保存歷史數據程序框圖如圖5所示。

2.2客戶端給服務器傳輸數據寫模塊的核心是DataSocketWrite.vi，它在工作前需要指定URL地址，VI每次從上一步接收數據后形成數據包并發送到目的地址。可以把通過DataSocketRead讀取到的并已經保存的歷史數據經DataSocketWrite將數據寫入到服務器，而服務器端則通過DataSocketRead從服務器上讀取遠程控制信號，然后根據控制信號功能實現不同的控制功能，進行顯示并保存。程序框圖如圖6所示。

3實現過程及設計結果

具體實現過程為:前端電路調理模塊把所輸入的大電壓信號轉變為CS5460A可以接受的小電壓信號，以差模電壓或電流的形式輸入進去，CS5460A根據采樣電路輸入的瞬時電壓、瞬時電流及瞬時功率由SPI串口傳送至主控制器STM32F103，電壓或電流信號通過STM32F103豐富的外圍接口進行輸入或通過外部DataBus輸入，然后再用STM32處理器對傳輸的電流或電壓數據進行預處理，再通過SPI接口把數據傳遞給W5100芯片以完成網絡協議的處理，最后通過網絡連接端口把信號傳輸到PC機，從而實現遠程人機互動。

4結束語

以基于ARMCortex－M3的微處理器STM32F103VET6為主控制器，通過電量測量專用芯片CS5460A實現電量的精確測量，再利用以太網技術實現電量的監控，從而實現電參數的遠程傳輸。遠程電參數測量技術是測控領域發展的方向之一，各種新技術、新器件、新理論的出現和計算機網絡的飛速發展，將促進遠程電參數測量技術的發展和應用。

作者：王啟棟姚曉通王記榮單位：蘭州交通大學電子與信息工程學院