基于AVR平臺的負荷管理終端設計

陳明

摘 要：2012年中國成為世界第二大經濟體，隨著經濟的發展，人們對于電力的需求不斷增加。我國電力設施的發展不能跟上社會的需求，導致用電多的地區或者用電高峰期經常出現斷電或電力供應不足的情況發生，由于負荷管理終端平臺的發展在我國起步晚，比起發達國家還有一些差距，對于電力的管理還存在一些不合理的地方，需要進一步改進。本文首先簡單的描述了負荷管理終端設計的發展史，然后闡述了未來負荷管理終端設計的發展趨勢，最后基于我國的具體國情，就基于AVR的負荷管理終端進行探討，為我國負荷管理終端的進一步發展做出貢獻。

關鍵詞：AVR；負荷管理終端；UC/OSII實時操作系統

1 電力系統負荷管理的發展史

我國自20世紀70年代開始發展電力系統負荷控制技術，比西方發達國家晚了近40年，我國電力負荷控制技術從70年代發展至今，經歷了4個發展階段。

第一階段是探索階段，由于20世紀70年代，我國電力工業發展落后，遠遠不能滿足但是我國工業的快速發展，在當時的社會背景下，結合當時我國的國情，引進了一部分先進的國際設備和管理經驗，我國電力科研工作者也開始對電力負荷控制技術進行探索和研究，對引進的國外先進技術，消化吸收，慢慢發展適合自己國家電力發展的技術。

第二階段是試點階段，20世紀80年代末，我國成功研發出了國產的音頻和無線電力負荷控制系統，并在一些地區進行試點，最后取得了令人鼓舞的效果，然后在我國的一些大型城市逐步推廣，最后在全面推廣。

第三階段是應用階段，20世紀90年代，我國陸續在全國范圍內建立了200多個規模不等的電力負荷控制系統，一部分采用的是無線電控制技術，還有一部分采用的是音頻或者電力載波控制技術，在一些無線電覆蓋不到區域，采用分散性裝置來實現。

第四階段是發展階段，為了緩解我國的電力供需矛盾，電力負荷控制系統得到進一步發展，由原來的單一負荷控制，逐漸向建立保障電網安全及管理應用方面的多元化發展，發展成電力負荷管理系統，隨之帶來是負荷管理系統終端的研究開發，但由于我國的微電子技術落后，幾乎所有的微處理器和微控制芯片都是進口國外的，極大的限制了我國電力負荷管理系統終端的發展，依然落后于國外發達國家。

2 負荷管理終端設計的發展趨勢

創新是驅動發展的第一動力，我國科技的迅猛發展，正是得益于我們對創新的重視，創新使得現代化管理技術開始應用到各行各業，電力負荷管理系統的現代化技術水平、系統規模以及應用程度就是現代供電管理現代化的一個重要標志，是創新驅動發展戰略的重要體現。由于我國幅員迂闊，人口眾多，建立電力負荷管理系統需要大量的終端系統，而且終端系統的可靠性和抗干擾性思得尤為重要，因此，未來的發展趨勢是重點發展配電網自動化、遠程抄表及負荷綜合管理等，具體體現在4個方面：發展多方位服務、提高系統的自動化水平、多種組網技術結合和更好的服務于電力企業，并開發更多適合我國國情的終端平臺功能，不斷提高我國電力負荷管理系統終端的可靠性和抗干擾性，不斷完善電力負荷管理系統終端，推動我國電力管理系統的飛速發展。

3 基于AVR的負荷管理終端設計

3.1 設備的選擇

在設計負荷管理系統終端裝置時，選擇的硬件設備不僅要滿足用戶的功能需求和電磁兼容性，還要考慮到成本和設備的可靠性，在保證設備滿足服務的條件下，盡可能的降低成本，增加收益，綜合考慮，筆者選擇了Atmel公司AVR系列單片機中的Atmega128作為負荷管理系統終端的主處理器。在其他設備上，筆者的選擇為：為了使時鐘走的更準確，選用晶振型號為HC-49/S-16M的外部晶振；外部存儲器選擇Flash和SRAM兩部分；實時時鐘選用芯片型號為X1226的設備，保證一個精準的時間；交流采樣電路中選用電能計量芯片為ADE7758的交流采樣芯片；遙控遙信電路采用無源遙信方式，來增強系統的抗干擾能力；本系統的液晶采用的是128*64點的點陣式液晶，采用SSD1815驅動芯片；語言警告采用的是美國ISD公司的ISD2590單片語音錄放集成電路作為語音提示的核心部分；電力設備的通訊接口采用的是RS232和RS485接口；調試芯片時選擇的設備是JTAG。

3.2 操作系統的選擇

在電力系統的自動化裝置中運用的最早的操作系統是由Wind River公司生產的PSOS操作系統，現在已由VxWorks、Windows和US/OSII操作系統所取代，由于電力負荷控制系統對所采用的操作系統的要求是成本較低，操作穩定性要好，所以筆者選擇US/OSII操作系統，雖然次操作系統免費但并不低質，US/OSII操作系統具有高質量的實時內核和較好的可移植性，在全球各個領域都有著廣泛的應用。將US/OSII操作系統移植到AVR單片機中時，主要與3個文件有關，即OS_CPU.H、OS_CPU_C和OS_CPU_A.ASM.

3.3 電力負荷管理系統終端的主要設計功能

負荷管理系統終端是由硬件和軟件兩大部分組成，硬件主要就是以AVR單片機為主的設備，決定著終端的用途和功能框架，軟件就是US/OSII操作系統，決定著終端的易用性、準確性和穩定性。將負荷管理系統終端安裝在用戶側，電力企業則為主站，終端相應主站發來的各種信息，將不同用戶的用電信息匯集起來進行處理，終端與主站之間通過230M無線電臺或者GPRS等進行通訊。電力負荷管理系統的終端主要的功能是：采集用戶用電的電壓、電流和功率等信息，當出現用電高峰時，進行錯峰用電和有序用電的處理，例如設定用戶的功率或電量值，對用戶進行負荷控制，在用戶超額用電時，及時警告。

參考文獻

[1]聶洪雷.基于ARM平臺的電力負荷管理終端設計[D].山東大學，2009.

[2]王振坤.基于ARM和Linux的遠程負荷管理終端設計[D].湖南大學，2011.

（作者單位：國網湖南省電力公司慈利縣電力分公司）