基于遠程電網(wǎng)電流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計與研究

王旺

摘 要： 遠程電網(wǎng)電流數(shù)據(jù)收錄系統(tǒng)設計由數(shù)據(jù)采集終端和數(shù)據(jù)處理的主機共同組成，在對電網(wǎng)電流采取終端數(shù)據(jù)收集時，主要就是運用GPRS互聯(lián)網(wǎng)將信息發(fā)至到云端處理器進行數(shù)據(jù)的記錄，數(shù)據(jù)處理主機將會對數(shù)據(jù)接收并且進行數(shù)據(jù)的處理。數(shù)據(jù)采集終端的STM32全部對A/D采集以及GPRS數(shù)據(jù)的發(fā)送。

關鍵詞：電網(wǎng)電流數(shù)據(jù)采集;互聯(lián)網(wǎng);數(shù)據(jù)處理;數(shù)據(jù)采集

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.179

0 引言

計算機和集成電路的不斷更新使得信息化日新月異，遠程數(shù)據(jù)的收集與智能化接軌，并快速發(fā)展著，目前國內外對于數(shù)據(jù)的遠程采集技術的應用普遍，在國外中已經(jīng)誕生了較多具有意義的探究成果，所以展開電網(wǎng)波形實時采集階段中，要對電網(wǎng)信號展開高精準的監(jiān)控，并依據(jù)這些采集并對數(shù)據(jù)進行儲存和分析。電網(wǎng)電流數(shù)據(jù)采集中數(shù)據(jù)處理主機接收數(shù)據(jù)，同樣在數(shù)據(jù)采集終端完成對時間的校準、重新啟動、更改觸發(fā)條件等運作行為。

1 系統(tǒng)結構

遠程運用系統(tǒng)的性能作用涵蓋數(shù)據(jù)的采集、傳輸還有處理三個方面，在該結果中而言是借助數(shù)據(jù)采集終端實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集還有數(shù)據(jù)傳輸，這些程序均由數(shù)據(jù)處理主機來進行數(shù)據(jù)處理和分析。采集終端的形成是利用STM32控制芯片、ADC、GPRS模塊、時鐘芯片、電流互感器此類部件形成數(shù)據(jù)采集，在電路里將電流互感器接入，并利用ADC完成數(shù)據(jù)的采集后，在控制芯片中完成對數(shù)據(jù)的保留。獲取數(shù)據(jù)采集時間就用時鐘芯片進行控制，在最終階段通過GPRS板塊的設計將在互聯(lián)網(wǎng)的運行下把數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)處理主機。數(shù)據(jù)采集觸發(fā)時間、市電電壓初相位和經(jīng)過A/D轉換后的市電電流采樣這些內容均是采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)內容。

2 硬件設計

通過調查可知，STM32F103主要是在STM32控制的芯片中運用， ADC的芯片使用MAX1110，時鐘芯片使用RX8025， GPRS模塊使用M590。電流傳感器和市電電流共同連通后接入ADC芯片前通過信號放大電路電流，使主控芯片儲存數(shù)據(jù)的傳輸采集。將接入的正弦波電壓在電壓處理電路中進行轉化，將轉換完的電壓方波信號傳輸?shù)街骺匦酒?。這就使得主控芯片、ADC模塊、GPRS通信模塊、RTC時鐘模塊、SD卡儲存模塊里所具備的直流電壓并不一致。

3 軟件設計

3.1 數(shù)據(jù)采集終端軟件設計

數(shù)據(jù)采集終端流程的全部環(huán)節(jié)中運用了循環(huán)價值，在進行循環(huán)操作前，需要讓程序完成初始化設定，并在開啟程序循環(huán)后，將服務于看門狗程序停止。在運行階段，A/D定時器未連接、DMA未連接或者SD卡拔出中斷等情況出現(xiàn)，首先就要檢查處理中斷服務，當數(shù)據(jù)的初始化定時程序產生意外后，在循環(huán)內不存在該程序的運轉，運用看門狗程序讓STM32再次重新開啟，讓設計系統(tǒng)的可靠性被保障。

3.1.1 電流數(shù)據(jù)采樣

將設定定時器中斷時間程序設置采樣率時，最初要有程序的初始化設置。如果想要啟動ADC芯片采樣電流信號就需要STM3通過定時器T3中斷來設置相應的服務函數(shù)，利用SPI接口運用DMA傳輸行為讓STM32接受到數(shù)據(jù)。DMA半滿將服務函數(shù)中斷是AD_ Buffer數(shù)組所具備的功能， AD_ Buffer數(shù)組將數(shù)據(jù)寫入STM32內存中。AD_ Buffer數(shù)組有很大的存儲空間，一般的存儲量是5x20個周波，其中每個周波內涵蓋了128個電流采樣點數(shù)據(jù)（ 采樣點數(shù)為2"，讓FFT變換更便捷）。

3.1.2 電壓初相位數(shù)據(jù)獲得

矩形波是利用市電電壓在電路中傳遞，讓STM32信號收到，接著運用所對應的STM32外部中斷方式下降沿中斷設置模式，電壓的初相位就是按照最初采樣慢慢到下降沿中斷過程產生的時間。

3.1.3 SD卡初始化與數(shù)據(jù)存儲

SD卡初始化是程序初始化的首要過程，在完成初始化后顯示的狀態(tài)是“TRUE"，SD卡拔出時中斷服務函數(shù)就會將狀態(tài)顯示為 “FALSE"。初始化完成就會顯示TRUE，然后就會自動跳過初始化程序階段，如果程序顯示的是“FALSE”狀態(tài)，程序就不會跳過這個過程，并對之前的程序進行重新檢測和初始化。發(fā)送成功完成后，程序就將發(fā)送過程成功完成的數(shù)據(jù)儲存到SD卡，然后用于進行數(shù)據(jù)備份。

3.1.4 GPRS上線及數(shù)據(jù)發(fā)送

保證GPRS在線是數(shù)據(jù)信息成功發(fā)送的前提。GPRS的啟動主要是在系統(tǒng)初始化階段出現(xiàn)，接著落實GPRS在線注冊，利用TCP協(xié)議，第一步需要建立PPP連接，第二步需要建立TCP連接，在這個過程中就需要保持GPRS是在線的狀態(tài)。在數(shù)據(jù)滿足采用條件時，STM32就會使數(shù)據(jù)以AT指令格式經(jīng)由DART傳輸至GPRS中，GPRS模塊的M590有這樣的規(guī)定，其中每包不超過1 024 B。

3.2 數(shù)據(jù)處理主機軟件設計

數(shù)據(jù)對主機軟件的處理中要讓如下性能發(fā)揮出來：

配置端口號： 發(fā)出ID一定要與端口號和數(shù)據(jù)采集終端相同的指令;

校正數(shù)據(jù)采集終端的時間： 數(shù)據(jù)采集終端獲得當前的時間信息就需要利用TCP通道將現(xiàn)階段時間信息下發(fā)到數(shù)據(jù)采集終端中;

接收與處理數(shù)據(jù)：心跳包就需要通過對收到的數(shù)據(jù)進行判斷，心跳包只過多次對發(fā)送數(shù)據(jù)包字節(jié)個數(shù)的調整但不寫入數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)包也對SSCOM串口助手定時發(fā)送時間的更改。

4 結語

本設計依據(jù)德州儀器（TI）公司的半開源Z1saTBPP協(xié)議棧Z-Stack程序，運用目前的CC2530開發(fā)板技術，以實現(xiàn)終端低功耗串口透明傳輸和數(shù)據(jù)的采集。Z1saTBPP技術用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數(shù)據(jù)傳輸和典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應時間數(shù)據(jù)傳輸。因此本設計避免復雜的通信協(xié)議，更加方便快捷，這樣使用無線傳輸?shù)姆绞?，受地理環(huán)境約束小，低功耗，很容易在野外長時間使用。

參考文獻：

[1]謝加明.基于ARM9-μC/OS-II的多任務A/D采集系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].電子制作，2014（23）.

[2]陳曉燕，朱玉龍.基于多傳感器信號融合的數(shù)字濾波方法[J].電氣傳動，2015（02）.endprint