设计开发
电网电能质量监测系统的设计与实现，
宿筱
(山东理工大学电气与电子工程学院山东淄博255049)
与皮
摘要:针对目前电网电能质量监测存在的问题,设计了一种基于DSP、ARM和ZigBee无线传感网络技术的电网电能质量监测系统,介绍了系统架构，硬件方案和软件设计。
关键调:DSPZigBee电能监测
中图分类号：TP277
文献标识码：A
文章编号:1007-9416(2013)06-0152-02
随着工农业生产的快速发展，各种非线性负荷、非对称性、冲击性用电设备被大量使用，使电网中产生大量的谱波干扰，严重影响电网电能的质量。因此，实时有效地对电网电能质量进行监测，对确保电力系统安全，稳定运行具有十分重要的意义。现有的电网电能质量监测系统大多采用有线方式传输监测数据，使得在特殊环境条件下布线困难，不易维护。针对以上间题，设计了以DSP、ARM和 ZigBee无线传感网络技术为基础的电网电能质量监测系统，实现对
电网电能质量的智能在线监测。 1系统架构
1.1ZigBee技术
ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低数据速率，低功耗、低成本的双向无线通信技术，是采用IEEE802.15.4无线标准的新一代无线传感器网络系统，ZigBee网络具有自动组网、自动路由和自息功能，可工作在2.4GHz的免执照额段，采用调频及扩频技术具有时延短、节点容量大的优点。同时2.4GHz无线信号在强磁场、高电压环境中的传插性能较好，数据传输能力强，可靠性高，是实现电网电能质量无线组网监测的理想解决方案。
1.2系统原理
由电压、电流传感器组成的电压电流检测电路，将被测的高电压、大电流信号转换成适合A/D变换的小信号，经滤波后送人A/D 转换器进行模数转换。DSP数字信号处理器读取A/D转换结果并进行相关电能质量参数的分析，运算和处理，处理结果通过ZigBee无线传感网络传送至ARM控制模块，进行数据的处理、存储和显示，实现电能质量参数的实时监测。电网电能质量监测系统架构示意函
如(图1)所示。 2硬件设计
2.1信号采集处理模块
信号采集处理模块由电压电流检测电路、滤波电路、A/D转换器电路和DSP数字信号处理器及外图电路组成。
DSP数字信号处理器采用TI公司的TMS320F2812芯片，它是
电压电话检测电路
滤波电路
A/D
转换器
DSP
ZigBee 无线收发器
ZigBee
无线收发器
图1电网电能质量监测系统架构示意图
一款高性能，低功耗、32位定点数字信号处理器。最高工作频率可达 150MHz，为实时控制和在较短的时间内完成复杂的算法提供了充分的条件，高性能的32位中央处理器包含16×16位和32×32位的乘法累加器操作，16×16位的双乘法累加器，可完成64位的数据处理，实现高精度处理任务。拥有丰高的硬件资源，片上F1ash，ROM、 RAM，定时器、多用途通用输人输出接口GPIO和仿真接口JTAG 等。支持TI的eX一DreSsDSPTM实时开发技术，TMS320DSP算法标准，CCS集成开发环境，为软件开发提供了较为便利的条件。利用其强大的数据处理能力，通过算法上的优化可提高测量精度，利用外设接口资源有效降低了电路的复杂程度。
电压电流检测电路采用南京奇霍公司生产的VSM025A电压传感器和CS040G电流传感器，传感器产生的噪声干扰由二阶巴特沃兹低通滤波器滤除。A/D转换器选用TI公司的高性能模数转换器 ADS8364，具有6通道同步采样的16位高遵并行接口，自带2.5V基准电压，功耗低采样速率高，利用ADS8364的6个通道对三相交流电压、电流进行采样，ADS8364的数据口D。-15、转换结束信号端口 EOC分别与DSP的数据口D。-1、外部中断INT1相连，ADS8364的时钟信号由DSP提供。DSP响应ARM控制模块的指令控制ADS8364完成A/D转换，读取转换数据，进行快速傅里叶变换(FFT)及相关电能质量参数计算，实现对电压、电流信号的采集处理。
2.2ZigBee无线收发器模块
ZigBee无线收发器模块采用ZigBee芯片CC2530，CC2530是TI 公司支持ZigBee协议的系统芯片，集微处理器和无线收发器于一体，集成了业界标准的增强型8051MCU内核以及符合IEEE802.15.4规范的2.4GHz无线收发器。内含定时器，可选32/64/128/256KB的 Flash存储单元，同时提供了申行通信接口，UART接口及21个可编程I/O号脚，丰富的硬件资源简化了电路设计，CC2530与DSP通过各自的串口进行数据传输。无线收发器电路采用CC2530数据手册中提供的典型应用电路，天线采用PCB天线2)。
2.3ARM控制模块
ARM控制模块由键盘、LCD显示、存储器和ARM芯片及外围电路组成。要实现的功能有：通过ZigBee网络向DSP发送控制指令，接收保存DSP传送的数据，分析处理接收到的电能质量参数以及电
键盘
显示
ARM
业
SD卡
作者篇介：瘤筱(1987一)，男，硕士研究生，研究方向为电力系统自动化， 52
能参数的显示。
系统选用三星公司ARM9系列的S3C2440处理器芯片，S3C2440采用16/32位RISC处理器，具有外部存储器控制器，LCD控制器、USB控制器、SD接口、4通道 DMA，3通道UART、2通道SPI、24个外部中断源和多达130个1/0口，丰富的硬件资源，简化了外围电路的设计。采用2GSD卡存储电能参数，设置4个按键和4.3寸
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