基于遠程電網電流數據采集系統的設計與研究

王旺

摘 要： 遠程電網電流數據收錄系統設計由數據采集終端和數據處理的主機共同組成，在對電網電流采取終端數據收集時，主要就是運用GPRS互聯網將信息發至到云端處理器進行數據的記錄，數據處理主機將會對數據接收并且進行數據的處理。數據采集終端的STM32全部對A/D采集以及GPRS數據的發送。

關鍵詞：電網電流數據采集;互聯網;數據處理;數據采集

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.179

0 引言

計算機和集成電路的不斷更新使得信息化日新月異，遠程數據的收集與智能化接軌，并快速發展著，目前國內外對于數據的遠程采集技術的應用普遍，在國外中已經誕生了較多具有意義的探究成果，所以展開電網波形實時采集階段中，要對電網信號展開高精準的監控，并依據這些采集并對數據進行儲存和分析。電網電流數據采集中數據處理主機接收數據，同樣在數據采集終端完成對時間的校準、重新啟動、更改觸發條件等運作行為。

1 系統結構

遠程運用系統的性能作用涵蓋數據的采集、傳輸還有處理三個方面，在該結果中而言是借助數據采集終端實現對數據的采集還有數據傳輸，這些程序均由數據處理主機來進行數據處理和分析。采集終端的形成是利用STM32控制芯片、ADC、GPRS模塊、時鐘芯片、電流互感器此類部件形成數據采集，在電路里將電流互感器接入，并利用ADC完成數據的采集后，在控制芯片中完成對數據的保留。獲取數據采集時間就用時鐘芯片進行控制，在最終階段通過GPRS板塊的設計將在互聯網的運行下把數據傳至數據處理主機。數據采集觸發時間、市電電壓初相位和經過A/D轉換后的市電電流采樣這些內容均是采集數據的數據內容。

2 硬件設計

通過調查可知，STM32F103主要是在STM32控制的芯片中運用， ADC的芯片使用MAX1110，時鐘芯片使用RX8025， GPRS模塊使用M590。電流傳感器和市電電流共同連通后接入ADC芯片前通過信號放大電路電流，使主控芯片儲存數據的傳輸采集。將接入的正弦波電壓在電壓處理電路中進行轉化，將轉換完的電壓方波信號傳輸到主控芯片中。這就使得主控芯片、ADC模塊、GPRS通信模塊、RTC時鐘模塊、SD卡儲存模塊里所具備的直流電壓并不一致。

3 軟件設計

3.1 數據采集終端軟件設計

數據采集終端流程的全部環節中運用了循環價值，在進行循環操作前，需要讓程序完成初始化設定，并在開啟程序循環后，將服務于看門狗程序停止。在運行階段，A/D定時器未連接、DMA未連接或者SD卡拔出中斷等情況出現，首先就要檢查處理中斷服務，當數據的初始化定時程序產生意外后，在循環內不存在該程序的運轉，運用看門狗程序讓STM32再次重新開啟，讓設計系統的可靠性被保障。

3.1.1 電流數據采樣

將設定定時器中斷時間程序設置采樣率時，最初要有程序的初始化設置。如果想要啟動ADC芯片采樣電流信號就需要STM3通過定時器T3中斷來設置相應的服務函數，利用SPI接口運用DMA傳輸行為讓STM32接受到數據。DMA半滿將服務函數中斷是AD_ Buffer數組所具備的功能， AD_ Buffer數組將數據寫入STM32內存中。AD_ Buffer數組有很大的存儲空間，一般的存儲量是5x20個周波，其中每個周波內涵蓋了128個電流采樣點數據（ 采樣點數為2"，讓FFT變換更便捷）。

3.1.2 電壓初相位數據獲得

矩形波是利用市電電壓在電路中傳遞，讓STM32信號收到，接著運用所對應的STM32外部中斷方式下降沿中斷設置模式，電壓的初相位就是按照最初采樣慢慢到下降沿中斷過程產生的時間。

3.1.3 SD卡初始化與數據存儲

SD卡初始化是程序初始化的首要過程，在完成初始化后顯示的狀態是“TRUE"，SD卡拔出時中斷服務函數就會將狀態顯示為 “FALSE"。初始化完成就會顯示TRUE，然后就會自動跳過初始化程序階段，如果程序顯示的是“FALSE”狀態，程序就不會跳過這個過程，并對之前的程序進行重新檢測和初始化。發送成功完成后，程序就將發送過程成功完成的數據儲存到SD卡，然后用于進行數據備份。

3.1.4 GPRS上線及數據發送

保證GPRS在線是數據信息成功發送的前提。GPRS的啟動主要是在系統初始化階段出現，接著落實GPRS在線注冊，利用TCP協議，第一步需要建立PPP連接，第二步需要建立TCP連接，在這個過程中就需要保持GPRS是在線的狀態。在數據滿足采用條件時，STM32就會使數據以AT指令格式經由DART傳輸至GPRS中，GPRS模塊的M590有這樣的規定，其中每包不超過1 024 B。

3.2 數據處理主機軟件設計

數據對主機軟件的處理中要讓如下性能發揮出來：

配置端口號： 發出ID一定要與端口號和數據采集終端相同的指令;

校正數據采集終端的時間： 數據采集終端獲得當前的時間信息就需要利用TCP通道將現階段時間信息下發到數據采集終端中;

接收與處理數據：心跳包就需要通過對收到的數據進行判斷，心跳包只過多次對發送數據包字節個數的調整但不寫入數據文件，數據包也對SSCOM串口助手定時發送時間的更改。

4 結語

本設計依據德州儀器（TI）公司的半開源Z1saTBPP協議棧Z-Stack程序，運用目前的CC2530開發板技術，以實現終端低功耗串口透明傳輸和數據的采集。Z1saTBPP技術用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸和典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸。因此本設計避免復雜的通信協議，更加方便快捷，這樣使用無線傳輸的方式，受地理環境約束小，低功耗，很容易在野外長時間使用。

參考文獻：

[1]謝加明.基于ARM9-μC/OS-II的多任務A/D采集系統設計與實現[J].電子制作，2014（23）.

[2]陳曉燕，朱玉龍.基于多傳感器信號融合的數字濾波方法[J].電氣傳動，2015（02）.endprint