基于LPC2132 的智能防竊電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)和嵌入式智能儀器得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。文中分析了基于LPC2132 的智能防竊電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 硬件總體設(shè)計(jì)方案

依據(jù)上述對(duì)裝置的功能規(guī)劃，可將裝置設(shè)計(jì)規(guī)劃為兩部分，智能監(jiān)控系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩大部分組成，其中上位機(jī)由PC 機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。下位機(jī)包括由MSP430F149 構(gòu)成的主控單片機(jī)、4×4 的人機(jī)接口鍵盤、繼電器控制電路和聲光電報(bào)警電路。

1.1 傳感器選型

1.1.1 電能計(jì)量芯片選擇

用電采集部分主要通過(guò)電能計(jì)量芯片AD7755 實(shí)現(xiàn)對(duì)電量的采集與存儲(chǔ)?？蓪⒁惶旆譃?8 個(gè)時(shí)間段，也就是每半個(gè)小時(shí)一個(gè)時(shí)間段，單片機(jī)將半個(gè)小時(shí)內(nèi)采集到的脈沖數(shù)和半個(gè)小時(shí)內(nèi)采集到的最大功率值送到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，然后數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新，并且以動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)的形式發(fā)布出去。電量采樣電路為電能計(jì)量的關(guān)鍵電路，見(jiàn)圖1。

圖1 電能采樣電路

1.1.2 油溫傳感器的選取

采用鉑電阻作為變壓器油溫測(cè)量的傳感器，其測(cè)溫電路如圖2 所示。油溫傳感器用于測(cè)量變壓器的油溫，當(dāng)油溫高于設(shè)定值時(shí)報(bào)警并切斷變壓器開關(guān)。

圖2 測(cè)溫電路

其參數(shù)如下：

①測(cè)量范圍：-200℃～+850℃;②允許偏差值△℃：A 級(jí)±(0.15+0.002│t│)，B 級(jí)±(0.30+0.005│t│);③最小置入深度：熱電阻的最小置入深度≥200 mm;④允通電流≤5 mA。

1.1.3 油位傳感器的選取

選用UZF2(側(cè)裝式)遠(yuǎn)傳型翻柱控制液位計(jì)。磁性翻柱液位計(jì)是根據(jù)磁性原理、阿基米德(浮力定律)等原理巧妙地結(jié)合機(jī)械傳動(dòng)的特性而開發(fā)研制的一種專門用于液位測(cè)量的裝置，控制型是在翻柱液位計(jì)的基礎(chǔ)上增加了磁控開關(guān)，在監(jiān)測(cè)液位的同時(shí)磁控開關(guān)信號(hào)可用于對(duì)液位進(jìn)行控制或報(bào)警;遠(yuǎn)傳型是在翻柱液位計(jì)的基礎(chǔ)上增加了 4~20mA 變送傳感器，在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)液位的同時(shí)將液位的變化通過(guò)變送傳感器、線纜及儀表傳到控制室，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制。

1.1.4 防竊電信號(hào)的選取

整個(gè)系統(tǒng)上電后，主控制系統(tǒng)和微控制器開始自檢，初始化完畢后，如果沒(méi)有接收到遠(yuǎn)程管理中心通過(guò)GPRS 發(fā)送的指令，測(cè)控主系統(tǒng)順序的讀計(jì)量表的電流和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，測(cè)量變壓器油溫和油位并作數(shù)據(jù)處理，判斷計(jì)量箱門是否正常，定時(shí)接收測(cè)控子系統(tǒng)發(fā)送的測(cè)量和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和輸出控制，同時(shí)測(cè)控子系統(tǒng)順序的測(cè)量電流和高壓磁套內(nèi)的油溫，并監(jiān)測(cè)高壓磁套內(nèi)的定位電磁鐵的狀態(tài)及油位。當(dāng)測(cè)控主系統(tǒng)接收到遠(yuǎn)程管理中心通過(guò)GPRS 發(fā)送的指令時(shí)，對(duì)指令進(jìn)行判斷以確定是變壓器內(nèi)部負(fù)荷開關(guān)合閘或斷開指令，還是磁套內(nèi)定位電磁鐵定位或釋放指令及計(jì)量箱門內(nèi)定位電磁鐵定位或釋放指令。主測(cè)控系統(tǒng)把相應(yīng)的指令內(nèi)容發(fā)送到測(cè)控子系統(tǒng)并輸出控制，完成各個(gè)功能。另外，主測(cè)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)的把測(cè)量的電流值和從計(jì)量表讀出的電流值在LCD 上形成兩條曲線并存儲(chǔ)。控制電路主要實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)量箱內(nèi)的定位電磁鐵的控制，定位電磁鐵主要實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)量箱門的鎖定控制，當(dāng)定位電磁鐵線圈的正方向通電后，電磁鐵的定位栓鎖定計(jì)量箱門，反方向通電時(shí)，電磁鐵的定位栓釋放，計(jì)量箱門可以打開。圖3 為輸出控制電磁鐵的電路圖。

當(dāng)PTC3 和PTF6 均為高電平時(shí)，電磁鐵線圈的正方向通電，鎖定計(jì)量箱門，不能打開。需要打開時(shí)，使PTF7 和PTC0均為高電平，電磁鐵釋放，計(jì)量箱門可以被打開。

圖3 輸出控制電磁鐵的電路

1.2 單片機(jī)選型

設(shè)計(jì)采用基于ARM 體系結(jié)構(gòu)的PHILIPS 公司的LPC2132 芯片作為數(shù)據(jù)采集終端的MCU。LP C2132 微控制器是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的32 位ARM7TDMI-SCPU，并帶有64 kB 的高速Flash 存儲(chǔ)器。

128 位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32 位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口模塊與以太網(wǎng)相連，由遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)發(fā)送任務(wù)請(qǐng)求或由采集系統(tǒng)主動(dòng)傳遞數(shù)據(jù)給遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與Internet 的互聯(lián)。

1.3 網(wǎng)絡(luò)接口芯片的選擇

設(shè)計(jì)采用由Microchip Technology (美國(guó)微芯科技公司)推出的28 引腳獨(dú)立以太網(wǎng)控制器ENC28J60;采用RJ45接頭網(wǎng)線的EIA/568A 接線標(biāo)準(zhǔn)，傳輸介質(zhì)使用八芯雙絞線，以RJ45 連接器為接口。

網(wǎng)絡(luò)接口電路的設(shè)計(jì)是根據(jù)LPC2132 與ENC28J60 的功能、時(shí)序和邏輯電平，其網(wǎng)絡(luò)接口電路如圖4 所示。

圖4 網(wǎng)絡(luò)接口電路

1.4 串行總線接口

LP C2132 有兩個(gè)UART 串行接口模塊，可以方便與串行設(shè)備相連。設(shè)計(jì)中用UART0 作為RS232 接口，用UARTI 作為RS485 接口。RS232 主要用于系統(tǒng)調(diào)試，也可以與采用RS232通訊方式的設(shè)備連接。RS485 作為網(wǎng)關(guān)的輸入輸出通道。

1.4.1 RS-232 轉(zhuǎn)換電路

設(shè)計(jì)采用SP3232E 芯片。它可以將輸入的電平轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的TTL 電平(給MCU)，亦可以將輸入的TTL 電平轉(zhuǎn)換為負(fù)邏輯電平(給PC 機(jī))。其工作電路如圖5 所示。

圖5 SP3232E 電路

1.4.2 RS485 接口電路

設(shè)計(jì)采用Sipex 公司的低壓RS485 接口芯片SP3481，只需要一個(gè)+3.3 V 電源就可以產(chǎn)生差動(dòng)輸出需要的1.5 V 的壓差。SP348lE 工作在半雙工模式，芯片內(nèi)包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器，外部有8 個(gè)管腳組成。

由LPC2132 輸出的R/D 信號(hào)直接控制SP3481 芯片的發(fā)送器/接收器使能：R/D 信號(hào)為“1”，則SP3481 芯片的發(fā)送器有效，接收器禁止，此時(shí)LPC2132 可以向RS485 總線發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié);R/D 信號(hào)為“0”，則SP3481 芯片的發(fā)送器禁止，接收器有效，此時(shí)LPC2132 可以接收來(lái)自RS-485 總線的數(shù)據(jù)字節(jié)。如圖6 所示。此電路中，任一時(shí)刻SP3481 芯片中的“接收器”和“發(fā)送器”只能夠有1 個(gè)處于工作狀態(tài)。

圖6 RS-485 電路連接

2 結(jié)語(yǔ)

隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，智能防竊電控制技術(shù)必將成為一種發(fā)展趨勢(shì)，文中提出利用網(wǎng)關(guān)和新型傳感器對(duì)變壓器參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。調(diào)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)可靠性高、使用方便，采用上述方法建立的防竊電智能制系統(tǒng)具有布線簡(jiǎn)單、系統(tǒng)控制器穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸可靠性高等特點(diǎn)，在實(shí)際使用中取得了良好的效果，具有一定的推廣意義。