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摘 要：長(cháng)期以來(lái)，一些單位特別是私營(yíng)企業(yè)，將盜竊電能作為獲利手段，這嚴重損害了供電企業(yè)的合法權益，擾亂了正常的供用電秩序，嚴重影響了電力事業(yè)的發(fā)展，而且給安全用電帶來(lái)嚴重威脅。為了盡可能的減少竊電造成的損失，文中應用計算機和通信技術(shù)，設計了基于LPC2132 的智能防竊電系統，并做到實(shí)用化、市場(chǎng)化，最終能在電力部門(mén)內大面積推廣使用這項新技術(shù)，具有較強的社會(huì )現實(shí)意義。 0 引言 隨著(zhù)計算機技術(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)越廣泛的應用。它的出現為分布式控制系統實(shí)現各節點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數據通信提供了強有力的技術(shù)支持，它是一種有效支持分布式控制或實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò )。文中分析了基于LPC2132 的智能防竊電系統的設計。 1 硬件總體設計方案 依據上述對裝置的功能規劃，可將裝置設計規劃為兩部分，智能監控系統由上位機和下位機兩大部分組成，其中上位機由PC 機來(lái)實(shí)現。下位機包括由MSP430F149 構成的主控單片機、4×4 的人機接口鍵盤(pán)、繼電器控制電路和聲光電報警電路。 1.1 傳感器選型 1.1.1 電能計量芯片選擇 用電采集部分主要通過(guò)電能計量芯片AD7755 實(shí)現對電量的采集與存儲�？蓪⒁惶旆譃�48 個(gè)時(shí)間段，也就是每半個(gè)小時(shí)一個(gè)時(shí)間段，單片機將半個(gè)小時(shí)內采集到的脈沖數和半個(gè)小時(shí)內采集到的最大功率值送到數據庫服務(wù)器中，然后數據庫服務(wù)器實(shí)現實(shí)時(shí)數據更新，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量的傳感器，其測溫電路如圖2 所示。油溫傳感器用于測量變壓器的油溫，當油溫高于設定值時(shí)報警并切斷變壓器開(kāi)關(guān)。
圖2 測溫電路 其參數如下： �、贉y量范圍：-200℃～+850℃;②允許偏差值△℃：A 級±(0.15+0.002│t│)，B 級±(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(側裝式)遠傳型翻柱控制液位計。磁性翻柱液位計是根據磁性原理、阿基米德(浮力定律)等原理巧妙地結合機械傳動(dòng)的特性而開(kāi)發(fā)研制的一種專(zhuān)門(mén)用于液位測量的裝置，控制型是在翻柱液位計的基礎上增加了磁控開(kāi)關(guān)，在監測液位的同時(shí)磁控開(kāi)關(guān)信號可用于對液位進(jìn)行控制或報警;遠傳型是在翻柱液位計的基礎上增加了 4~20mA 變送傳感器，在現場(chǎng)監測液位的同時(shí)將液位的變化通過(guò)變送傳感器、線(xiàn)纜及儀表傳到控制室，實(shí)現遠程監測和控制。 1.1.4 防竊電信號的選取 整個(gè)系統上電后，主控制系統和微控制器開(kāi)始自檢，初始化完畢后，如果沒(méi)有接收到遠程管理中心通過(guò)GPRS 發(fā)送的指令，測控主系統順序的讀計量表的電流和監測數據，測量變壓器油溫和油位并作數據處理，判斷計量箱門(mén)是否正常，定時(shí)接收測控子系統發(fā)送的測量和監測數據，并進(jìn)行數據處理和輸出控制，同時(shí)測控子系統順序的測量電流和高壓磁套內的油溫，并監測高壓磁套內的定位電磁鐵的狀態(tài)及油位。當測控主系統接收到遠程管理中心通過(guò)GPRS 發(fā)送的指令時(shí)，對指令進(jìn)行判斷以確定是變壓器內部負荷開(kāi)關(guān)合閘或斷開(kāi)指令，還是磁套內定位電磁鐵定位或釋放指令及計量箱門(mén)內定位電磁鐵定位或釋放指令。主測控系統把相應的指令內容發(fā)送到測控子系統并輸出控制，完成各個(gè)功能。另外，主測控系統實(shí)時(shí)的把測量的電流值和從計量表讀出的電流值在LCD 上形成兩條曲線(xiàn)并存儲�？刂齐娐分饕獙�(shí)現對計量箱內的定位電磁鐵的控制，定位電磁鐵主要實(shí)現對計量箱門(mén)的鎖定控制，當定位電磁鐵線(xiàn)圈的正方向通電后，電磁鐵的定位栓鎖定計量箱門(mén)，反方向通電時(shí)，電磁鐵的定位栓釋放，計量箱門(mén)可以打開(kāi)。圖3 為輸出控制電磁鐵的電路圖。 當PTC3 和PTF6 均為高電平時(shí)，電磁鐵線(xiàn)圈的正方向通電，鎖定計量箱門(mén)，不能打開(kāi)。需要打開(kāi)時(shí)，使PTF7 和PTC0均為高電平，電磁鐵釋放，計量箱門(mén)可以被打開(kāi)。
圖3 輸出控制電磁鐵的電路 1.2 單片機選型 設計采用基于ARM 體系結構的PHILIPS 公司的LPC2132 芯片作為數據采集終端的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 存儲器。 128 位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32 位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運行。遠程數據采集系統通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接口模塊與以太網(wǎng)相連，由遠程計算機發(fā)送任務(wù)請求或由采集系統主動(dòng)傳遞數據給遠程監控計算機，實(shí)現設備與Internet 的互聯(lián)。 1.3 網(wǎng)絡(luò )接口芯片的選擇 設計采用由Microchip Technology (美國微芯科技公司)推出的28 引腳獨立以太網(wǎng)控制器ENC28J60;采用RJ45接頭網(wǎng)線(xiàn)的EIA/568A 接線(xiàn)標準，傳輸介質(zhì)使用八芯雙絞線(xiàn)，以RJ45 連接器為接口。 網(wǎng)絡(luò )接口電路的設計是根據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(xiàn)接口 LP C2132 有兩個(gè)UART 串行接口模塊，可以方便與串行設備相連。設計中用UART0 作為RS232 接口，用UARTI 作為RS485 接口。RS232 主要用于系統調試，也可以與采用RS232通訊方式的設備連接。RS485 作為網(wǎng)關(guān)的輸入輸出通道。 1.4.1 RS-232 轉換電路 設計采用SP3232E 芯片。它可以將輸入的電平轉換為標準的TTL 電平(給MCU)，亦可以將輸入的TTL 電平轉換為負邏輯電平(給PC 機)。其工作電路如圖5 所示。
圖5 SP3232E 電路 1.4.2 RS485 接口電路 設計采用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，芯片內包括一個(gè)驅動(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 信號直接控制SP3481 芯片的發(fā)送器/接收器使能：R/D 信號為“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(xiàn)發(fā)送數據字節;R/D 信號為“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(xiàn)的數據字節。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 結語(yǔ) 隨著(zhù)電子技術(shù)的廣泛應用，智能防竊電控制技術(shù)必將成為一種發(fā)展趨勢，文中提出利用網(wǎng)關(guān)和新型傳感器對變壓器參數進(jìn)行測試。調試結果表明，該系統可靠性高、使用方便，采用上述方法建立的防竊電智能制系統具有布線(xiàn)簡(jiǎn)單、系統控制器穩定、數據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。 |
