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嵌入式單片機(jī)電力系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)分析論文
摘要：作為當(dāng)前生產(chǎn)生活的最主要功能途徑，電力系統(tǒng)在社會(huì)正常運(yùn)作中扮演者極為重要的角色。但是由于人們對(duì)電能的過(guò)度需求，電力系統(tǒng)常常面臨著較大的負(fù)荷，如果長(zhǎng)時(shí)間處于超負(fù)荷狀態(tài)，極有可能使整個(gè)電力系統(tǒng)發(fā)生故障、癱瘓，部分電氣設(shè)備的損壞，造成較大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失甚至是人員傷亡。對(duì)此，建立智能化的電力系統(tǒng)檢測(cè)裝置成為了當(dāng)前亟待解決的重要課題。本文便將以嵌入式單片機(jī)作為切入點(diǎn)，分析基于嵌入式單片機(jī)的智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。
關(guān)鍵詞：嵌入式單片機(jī)；智能化；電力監(jiān)測(cè)
單片機(jī)作為當(dāng)前使用頻次最高的微型控制器，不僅能夠勝任大多計(jì)算機(jī)所能夠完成的任務(wù)，同時(shí)也具有更好的便攜性與適應(yīng)性，對(duì)于某些特殊情況甚至擁有比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)處理方式更好的處理效果。以電力系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)工作為例，以單片機(jī)為基礎(chǔ)設(shè)立嵌入式系統(tǒng)，能夠有效提高電力系統(tǒng)監(jiān)控工作的精度、效率、時(shí)效性以及可靠性。尤其是在近些年間，單片機(jī)技術(shù)臻于成熟，使得基于嵌入式單片機(jī)的電力系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的各方面表現(xiàn)都能夠符合預(yù)期結(jié)果。
一、智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件需求
（一）智能電力監(jiān)控系統(tǒng)所具備的功能
本文所設(shè)計(jì)的智能電力監(jiān)控系統(tǒng)在功能上將會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的總負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果監(jiān)測(cè)數(shù)值超出設(shè)定的最大值，則會(huì)自動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的輸電功能進(jìn)行調(diào)整，并自動(dòng)預(yù)警，提醒電氣設(shè)備檢修人員對(duì)其采取相應(yīng)的維修工作。對(duì)此，智能電力監(jiān)控系統(tǒng)至少應(yīng)當(dāng)具備如下模塊：首先是信號(hào)采集模塊。信號(hào)采集模塊的主要功能是對(duì)電力系統(tǒng)的電壓與電流數(shù)值進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)定，并進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入；其次是信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊。信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的主要功能是將采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成為數(shù)字信號(hào)，以便單片機(jī)能夠?qū)ζ溥M(jìn)行處理；第三是信號(hào)處理模塊。該模塊以嵌入式單片機(jī)為主要工作元件，主要功能是對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，與既定的數(shù)據(jù)限值進(jìn)行比對(duì)，并選取系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)采取的合理行為。第四是數(shù)據(jù)輸出模塊。此模塊功能較為復(fù)雜，其一是對(duì)電力系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，其二是進(jìn)行信號(hào)傳輸，將電力系統(tǒng)工作狀態(tài)傳輸至電力系統(tǒng)管理人員。除了上述模塊之外，智能電力系統(tǒng)的硬件部分還應(yīng)該包括電力供給裝置，由于電力系統(tǒng)本身便能夠提供足夠的電能，故該監(jiān)控系統(tǒng)可以從電網(wǎng)中取電，經(jīng)轉(zhuǎn)換器處理之后為單片機(jī)以及其他模塊供應(yīng)穩(wěn)定的低壓直流電[1]。
（二）智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)
單片機(jī)對(duì)運(yùn)行電壓要求較為苛刻，一般只能適用于5V或3。3V的低壓直流電路，而電力系統(tǒng)多為高壓交流電，為了能夠讓單片機(jī)可以取電于電網(wǎng)，需要對(duì)電網(wǎng)電路進(jìn)行調(diào)整，主要目的為降低電壓和調(diào)整頻率。為了能夠完成該項(xiàng)任務(wù)，可以選取二極管、電容和電阻元件組成轉(zhuǎn)換器，以電阻為分壓元件、二極管為限壓元件、電容為調(diào)頻元件，實(shí)現(xiàn)高壓向低壓的轉(zhuǎn)換，避免高壓對(duì)單片機(jī)造成破壞作用。除了單片機(jī)電路之外，為了能夠?qū)崿F(xiàn)電力智能監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)報(bào)警功能，需要對(duì)報(bào)警所使用的通信電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。在通信電路中，一般需要包括集成電路、光電耦合器、電阻以及三極管元件等裝置。通信電路的總線實(shí)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分別與數(shù)十個(gè)節(jié)點(diǎn)相連接，以便提高信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)范圍發(fā)展，實(shí)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)信號(hào)的大范圍傳播。光電耦合器的作用則是盡可能的過(guò)濾掉不需要的干擾信號(hào)，避免對(duì)所需要傳輸?shù)男盘?hào)造成影響[2]。
二、智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的軟件需求
（一）智能電力控制監(jiān)控軟件的整體設(shè)計(jì)
對(duì)于智能電力控制系統(tǒng)軟件而言，其最主要的作用便是對(duì)系統(tǒng)工作的執(zhí)行進(jìn)行排序，確定每個(gè)工作步驟的執(zhí)行次序。當(dāng)系統(tǒng)被開(kāi)啟之后，整個(gè)智能電力監(jiān)控系統(tǒng)程序便開(kāi)始正式運(yùn)行，此時(shí)信號(hào)采集系統(tǒng)開(kāi)始實(shí)時(shí)對(duì)電網(wǎng)中的電壓信號(hào)與電流信號(hào)進(jìn)行測(cè)定，并將測(cè)定信號(hào)值輸入；輸入信號(hào)先通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換至數(shù)字信號(hào)，隨后才進(jìn)一步傳輸至單片機(jī)處理裝置中進(jìn)行處理；當(dāng)單片機(jī)發(fā)現(xiàn)異常輸入信號(hào)之后，會(huì)根據(jù)單片機(jī)預(yù)設(shè)的系統(tǒng)行為方式對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行控制，即關(guān)閉某段輸電網(wǎng)絡(luò)的正常功能，同時(shí)將預(yù)警信息傳輸至電網(wǎng)管理人員，通過(guò)控制中心的顯示屏或者是信息傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到管理人員的移動(dòng)設(shè)備上。至此，整個(gè)智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程結(jié)束。
（二）信號(hào)采集模塊的設(shè)計(jì)
信號(hào)采集模塊的工作模式較為復(fù)雜，首先需要將模塊進(jìn)行初始化，使各個(gè)裝置的工作參數(shù)達(dá)到初始值；其次，在規(guī)定一個(gè)時(shí)間零點(diǎn)之后開(kāi)始對(duì)電網(wǎng)中某一段時(shí)間內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行采集。一般來(lái)說(shuō)，信號(hào)采集的時(shí)間應(yīng)當(dāng)根據(jù)電網(wǎng)中信號(hào)的變化周期來(lái)進(jìn)一步確定，信號(hào)采集工作也應(yīng)當(dāng)盡可能在一個(gè)周期內(nèi)完成；當(dāng)信號(hào)采集裝置獲取到電網(wǎng)信息中電壓與電流信息之后，不能直接將信號(hào)傳遞給單片機(jī)進(jìn)行處理，而應(yīng)當(dāng)先對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，初步判定采集信號(hào)是否符合單片機(jī)的處理要求。如果信號(hào)質(zhì)量較差或存在其他問(wèn)題，則應(yīng)當(dāng)將此段信號(hào)舍去，對(duì)電網(wǎng)中的相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行重新采集；如果信號(hào)通過(guò)預(yù)處理確定符合相應(yīng)要求，則可以將信號(hào)傳遞至單片機(jī)進(jìn)行處理，此時(shí)計(jì)時(shí)結(jié)束，采樣工作開(kāi)始進(jìn)入下一個(gè)工作周期。在此模塊的軟件編寫(xiě)中，最值得注意的便是定時(shí)器的設(shè)置程序。定時(shí)器除了需要記錄采樣時(shí)間之外，還應(yīng)該在采樣時(shí)間達(dá)到一個(gè)采樣周期之后自動(dòng)中斷該節(jié)采樣工作，同時(shí)回到初始狀態(tài)。
（三）通信模塊的設(shè)計(jì)
為了能夠更加迅速的將預(yù)警信號(hào)傳遞給管理人員，電力監(jiān)控系統(tǒng)所使用的通信模塊大多選用主從式通信方式，眾多從機(jī)在主機(jī)的控制下完成相應(yīng)的通信工作。對(duì)此，軟件程序設(shè)計(jì)要求主機(jī)能夠在某一個(gè)既定的周期向從機(jī)發(fā)送信號(hào)，并接受反饋信號(hào)。整個(gè)軟件程序需要使用到大量的if語(yǔ)句完成程序命令的循環(huán)[3]。
三、結(jié)語(yǔ)
為了能夠有效保證城市電力系統(tǒng)的正常工作，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控顯得尤為必要。單片機(jī)的使用提高了電力系統(tǒng)監(jiān)控工作的自動(dòng)化程度，極大程度上減少了監(jiān)控工作的人力、物力消耗，同時(shí)提升了監(jiān)控的效率與精度。因而基于嵌入式單片機(jī)對(duì)電力系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化將會(huì)成為日后研究的一項(xiàng)重點(diǎn)，希望本文能夠?qū)υ擃I(lǐng)域研究做出一些貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
[1]童世華，柳盼。電力監(jiān)控系統(tǒng)移動(dòng)終端軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]。實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2018，（2）：146—151。
[2]胡朝輝，王方立。電力監(jiān)控系統(tǒng)通信安全技術(shù)研究[J]。電子技術(shù)應(yīng)用，2017，（3）：21—24。
[3]薛保平，張昌帥。電力監(jiān)控系統(tǒng)在電力生產(chǎn)中的應(yīng)用分析[J]。科學(xué)與信息化，2018，（22）：42，45。
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