遠(yuǎn)程電參數(shù)測(cè)量技術(shù)探究范文

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《電子科技》2014年第五期

1數(shù)據(jù)測(cè)量及采集

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

1.2功率測(cè)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(duì)電功率測(cè)量的方法有指針式功率表測(cè)量法和模擬乘法器測(cè)量法兩種。指針式測(cè)量法測(cè)量簡(jiǎn)單、頻率響應(yīng)低、精度低，且低功率因數(shù)的功率測(cè)量表價(jià)格較高。模擬乘法器測(cè)量法:采用專用的集成芯片進(jìn)行測(cè)量，精度高但整個(gè)儀表價(jià)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(shí)值;T為累積時(shí)間。為使電壓、電流信號(hào)能被STM32系統(tǒng)接收，必須對(duì)其進(jìn)行采樣，以離散量表示的電功率的表達(dá)式為另外，瞬時(shí)電壓/電流的采樣數(shù)據(jù)相乘，得到瞬時(shí)功率。N個(gè)瞬時(shí)功率平均計(jì)算出有功功率的值來(lái)驅(qū)動(dòng)電能脈沖輸出。經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的測(cè)量和計(jì)算，把所得到的IRMS、VRMS，電流、電壓或電能的瞬時(shí)值分別寫入不同的數(shù)據(jù)寄存器，等待主控制器STM32的讀取。

2通信接口的軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)部分，采用LabVIEW的DataSocket技術(shù)編寫，DataSocket能方便地實(shí)現(xiàn)測(cè)試中斷和現(xiàn)場(chǎng)儀器之間的數(shù)據(jù)交換，同時(shí)滿足時(shí)實(shí)行、安全性的指標(biāo)要求。系統(tǒng)軟件流程圖如圖3所示。

2.1客戶端接收服務(wù)器發(fā)出的數(shù)據(jù)客戶端接收服務(wù)器發(fā)出的數(shù)據(jù)即DataSocket，讀取W5100內(nèi)部寄存器所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序框圖如圖4所示。數(shù)據(jù)經(jīng)服務(wù)器W5100上傳，經(jīng)DataSocketRead控件讀取再發(fā)送給遠(yuǎn)程控制面板，先在DataSocketRead側(cè)說(shuō)明數(shù)據(jù)類型，或由變體值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)VariantToData轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)類型，并在PC顯示，所顯示數(shù)值與服務(wù)器端發(fā)送的所采集的數(shù)據(jù)一致，達(dá)到了遠(yuǎn)程監(jiān)控測(cè)試系統(tǒng)給的目的，同時(shí)用一個(gè)寫測(cè)量文件(WriteLabVIEWMeasurementFileExpressVI)來(lái)保存數(shù)據(jù)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(shù)值顯示控件顯示所測(cè)得的電參數(shù)。顯示和保存歷史數(shù)據(jù)程序框圖如圖5所示。

2.2客戶端給服務(wù)器傳輸數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)后形成數(shù)據(jù)包并發(fā)送到目的地址。可以把通過(guò)DataSocketRead讀取到的并已經(jīng)保存的歷史數(shù)據(jù)經(jīng)DataSocketWrite將數(shù)據(jù)寫入到服務(wù)器，而服務(wù)器端則通過(guò)DataSocketRead從服務(wù)器上讀取遠(yuǎn)程控制信號(hào)，然后根據(jù)控制信號(hào)功能實(shí)現(xiàn)不同的控制功能，進(jìn)行顯示并保存。程序框圖如圖6所示。

3實(shí)現(xiàn)過(guò)程及設(shè)計(jì)結(jié)果

具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為:前端電路調(diào)理模塊把所輸入的大電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)镃S5460A可以接受的小電壓信號(hào)，以差模電壓或電流的形式輸入進(jìn)去，CS5460A根據(jù)采樣電路輸入的瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)電流及瞬時(shí)功率由SPI串口傳送至主控制器STM32F103，電壓或電流信號(hào)通過(guò)STM32F103豐富的外圍接口進(jìn)行輸入或通過(guò)外部DataBus輸入，然后再用STM32處理器對(duì)傳輸?shù)碾娏骰螂妷簲?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，再通過(guò)SPI接口把數(shù)據(jù)傳遞給W5100芯片以完成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的處理，最后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接端口把信號(hào)傳輸?shù)絇C機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程人機(jī)互動(dòng)。

4結(jié)束語(yǔ)

以基于ARMCortex－M3的微處理器STM32F103VET6為主控制器，通過(guò)電量測(cè)量專用芯片CS5460A實(shí)現(xiàn)電量的精確測(cè)量，再利用以太網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電量的監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)電參數(shù)的遠(yuǎn)程傳輸。遠(yuǎn)程電參數(shù)測(cè)量技術(shù)是測(cè)控領(lǐng)域發(fā)展的方向之一，各種新技術(shù)、新器件、新理論的出現(xiàn)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，將促進(jìn)遠(yuǎn)程電參數(shù)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

作者：王啟棟姚曉通王記榮單位：蘭州交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院