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基于ARM处理器的远程参数测量的设计

发布时间:2018-09-19 06:29:06  来源:大电流电感厂家   查看:

1 引言

嵌入式系统由于性价比高开发周期短等优点目前得到了迅猛发展,各类基于 ARM 处理器的应用开发更是如火如荼。这里介绍基于 ARM9 嵌入式芯片 S3C2410 构建的测量监控系统,该系统设计方案先进,集成度较高,在实践中得到了广泛的应用。

  2. 嵌入式 ARM9 S3C2410X 简介

  S3C2410X 是三星公司提供的基于 ARM920T 内核的 32 位 RISC 处理器,它的低功耗、低价格、高性能设计特别适合于手持设备和通用嵌入式应用场合,为降低整个系统的成本,它提供了丰富的内部设备,包括分开的 16KB 指令 Cache 和 16KB 数据 Cache,MMU 虚拟存储器管理,24bbp 模式下最大 16M 色 TFT LCD 控制器,支持 NAND Flash 系统引导,片选逻辑和dram 控制器的系统管理器,3 通道 UART,4 通道 DMA,4 通道 PWM 定时器,117个通用 IO 端口和 24 通道外部中断源,具有日历功能的 RTC,8 通道 10 位 ADC 和触摸屏接口,IIC、IIS 接口,USB 主从设备,SD&MMC 卡接口,2 通道的 SPI 以及 PLL 时钟倍频器。S3C2410X 具有丰富的接口和内嵌硬件控制器,使用其最简系统即可实现大部分应用系统的功能。

  3. 嵌入式测量监控系统设计

  本系统需对被测设备如电力设备或太阳能的电压、电流或温度、光照度等进行测量、参数采集、存储,并实现远程监控。数据存储格式为 SNMP 的 MIB 数据库方式,数据库能够通过系统的NMP 代理被远方操作员的 SNMP 控制平台所访问存取。传输协议为以太网的 IP 协议。信息同时能够被本地操作显示,因此本地附有串行接口,基于以上应用需求,实现系统框图如下图 1 所示。

  

  图 1 系统原理框图(Fig1 System Diagram)

  本系统需采集远端、本地两个温度检测,一个光照度检测,三个直流 DC 8-130V 电压检测,三个直流 DC [email protected] 电流检测,一个交流 AC 105-280V 电压检测,一个交流AC [email protected] 电流检测。测量使用原理及所用传感器件下节叙述。测量时通过 ARM9 的 IO 端口测量温度和光照度, 通过片内ADC将交直流电压电流通过传感器转变后的输出电压进行采样,然后通过 CPU 计压膜电感器厂算后存入数据库。

  4. 参数测量实现

  各参数测量是本系统的前端电路,也是最终目的。由于 ARM 系统 3.3V 供电,具有通用IO 接口和内置 ADC 电路,因此只要将各测量参数通过相应的传感设备转换为 IO 数据或0-3.3V 的模拟电压量,就可通过 ARM 处理器采集,从而转换为数字信号进而数字存储或通过网络传输。各参数的测量采集电路见图 2 所示。

  

  直流电压的采集可以直接通过电阻分压取得,因为已知需要采集的直流电压的范围,将最大电压值映射为 3.3V,即可获得图 2 中的两个分压电阻的值。设分压电阻分别是12KΩ和470KΩ, 则Uo = 12/(12+470)×Ui = Ui/40,按照 ARM 10 位 ADC 采样结果,如 ADC 采样值为 Uadc,则采集到的输入电压值为:Ui = [ Uadc/1024] ×3.3×40(V)。交流电压的采集采用 TV19G_E 系列精密电压互感器,该器件采用坡膜合金铁芯,线性度优于 0.1%。体积小,直接焊接在电路板。它是一种电流型电压互感器,不同的输入电压通过限流电阻使一次侧流过不同的电流,二次得到一个与一次相同的电流。经运算放大器或电阻直接取样,得到不同的输出电压,如图 2 所示。

  此时采集到的电压值实际上是交流电压的瞬时值,其实时性好,相位失真小,本文用软件代替硬件实现交流电压采集可以使得硬件投资减小,实践证明,采用该方法并通过算法计算后获得的电压、电流、有功功率、功率因数等电力参数有着较好的精确度和稳定性。

  电压有效值公式为

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