為了能對大量負(fù)荷進(jìn)行在線監(jiān)控。很多公司較早地研制了基于單片機(jī)技術(shù)，能對配電變壓器或配電線路負(fù)荷運行參數(shù)、電容器投切、電量采集等進(jìn)行綜合監(jiān)控的配電綜合測控儀。

　　但是，由于供電系統(tǒng)負(fù)荷的復(fù)雜性，特別是用戶非線性負(fù)荷的大量使用，企業(yè)對諧波等電能質(zhì)量問題越來越重視，因此，對配電綜合測控儀的要求也隨之提高，而且普遍要求增加諧波、頻率監(jiān)測和通信組網(wǎng)等功能。為了解決這些問題。本文以philips公司的arm7芯片lpc2220fbd144為核心，研制出了新一代的配電綜合測控儀。

　　1硬件電路設(shè)計

　　1.1硬件電路總體結(jié)構(gòu)

　　本裝置的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，它主要由數(shù)據(jù)采集、運算處理、數(shù)據(jù)存儲、鍵盤顯示、通信接口等單元組成。其中運算處理單元是核心部分，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號處理、快速傅立葉變換(fft)等功能。考慮配電綜合測控儀要求的運算速度、精度、硬件資源等需要，本設(shè)計選擇了philips公司的lpc2220fbd144型arm7芯片。

　　該lpc2220fbd144芯片是lpc2200系列中性價比較好的一款arm7芯片，采用lqfp封裝，四條邊上各有36個引腳。該芯片具有改進(jìn)的馮諾依曼結(jié)構(gòu)(指令和數(shù)據(jù)共用一條32位總線)，采用三級流水線，可以同時進(jìn)行幾個操作，并能使外處理和存儲器系統(tǒng)連續(xù)操作。該芯片內(nèi)嵌高達(dá)256kb的高速閃爍存儲器、64 kb靜態(tài)ram、32位的算術(shù)邏輯單元、32位累加器、64位的乘法器以及精簡指令集，其指令最短周期可以達(dá)到17 ns。這些特點使它的操作非常靈活，處理能力強并且速度快。由于其應(yīng)用程序可以固化在cpu內(nèi)部，因而不但可以降低成本、減少體積，系統(tǒng)升級也比較方便，而且它的功耗低、資源配置靈活，非常適用于生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集和處理。

　　1.2數(shù)據(jù)采集電路

　　本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集電路由pt與ct、信號整理和a／d轉(zhuǎn)換三部分組成，實時電流和電壓經(jīng)過pt、ct以及信號整理電路后，可變成0～3.3 v的模擬信號，然后經(jīng)模擬轉(zhuǎn)換電路完成數(shù)字化處理。數(shù)據(jù)采集部分的硬件電路如圖2所示(6路采集電路中的一路ua)。

　　根據(jù)測量諧波等參數(shù)和數(shù)字抗頻率混疊的要求，本裝置對信號波形按每個周期128點進(jìn)行采樣，采樣周期為156μs。arm7內(nèi)部的a／d是8路輸入的10位逐次逼模一數(shù)轉(zhuǎn)換器，由于它可以對電流和電壓進(jìn)行同步采樣，而且精度比較高，所以本設(shè)計沒有再使用其它外圍a／d芯片。

　　1.3存儲器和時鐘電路

　　存儲器主要由三星公司的nand flash存儲器芯片組成.nand flash是容量為16 mb的非易失閃爍存儲器芯片，可用于存放采集來的數(shù)據(jù)和已備上傳的歷史數(shù)據(jù)。

　　時鐘采用philips公司的pcf8563芯片。該芯片具有低功耗cmos實時時鐘／日歷，而且外圍接口簡單，精度和可靠性高，工作穩(wěn)定。芯片最大總線速度為400 kbits／s，每次讀寫數(shù)據(jù)后，其內(nèi)嵌的字地址寄存器會自動產(chǎn)生增量。pcf8563有16個8位寄存器，并有可自動增量的地址寄存器、內(nèi)置32.768 khz的振蕩器(帶有一個內(nèi)部集成電容)、分頻器(用于給實時時鐘rtc提供源時鐘)、可編程時鐘輸出、定時器、報警器、掉電檢測器和400 khz的i2c總線接口等；同時具有計秒、分、時、星期、日、月、年以及閏年補償功能，可用二進(jìn)制數(shù)碼和bcd碼表示時間、日歷和定鬧。安上鋰電池以后，斷電情況下可以十年不丟失數(shù)據(jù)，功能上完全可以滿足本裝置的需要。

　　1.4通訊電路

　　本產(chǎn)品采用了兩路通訊電路，一路為rs-485總線接口，另一路為rs-232總線接口。rs-485總線接口的總線收發(fā)器使用sp3485。sp3485是一個3.3 v的低功耗半雙工收發(fā)器，它完全滿足rs-485串行協(xié)議的要求，符合rs-485的電氣規(guī)范，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)10 mbps(帶負(fù)載)。由于rs-485總線所占用的io口線與uart0的口線是復(fù)用的，所以，在進(jìn)行rs485總線通信時，必須停止uart0接口的通信。rs485通信的方向由p2.16控制，當(dāng)p2.16為低時，核心板接收總線數(shù)據(jù)；當(dāng)p2.16為高時，核心板向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，其電路圖如圖3所示。

　　rs-232總線接口的總線收發(fā)器使用sp3232e。sp3232e系列芯片是一個2驅(qū)動器／2接收器的低功耗器件，sp3232e有一個高效電荷泵，工作電壓為3.3 v時，只需0.1μf電容就可以進(jìn)行操作。電荷泵允許sp3232e系列器件在3.3～5.0 v內(nèi)的某個電壓下發(fā)送符合rs-232的信號。由于本產(chǎn)品是3.3 v系統(tǒng)，因此使用sp3232e進(jìn)行rs232電平轉(zhuǎn)換，其電路圖如圖4所示。

　　1.5其它電路

　　為實現(xiàn)測控儀的功能和采集變壓