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）
架构，硬件方案和款件设计. 摘要：针对目前电网电能质量蓝测存在的问题，设计了一种基于DSP、ARM和ZigBcc无线传感网络技术的电网电能质量蓝测系统，介绍了系统
关键词：DSP ZigBee 电能蓝洲
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.最高工作频率可达性用电设备被大量使用，使电网中产生大量的谐波干扰，严重影响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 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，质量监测系统大多采用有线方式传输监测数据，使得在特殊环境条实现高精度处理任务.拥有丰富的硬件资源，片上Flash、ROM、 件下布线困难，不易维护，针对以上间题，设计了以DSP，ARM和RAM、定时器、多用途通用输入输出接口GPIO和仿真接口JTAG等，支持TI的eX-pressDSPTM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.
ZigBe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
1.1 ZigBee技术
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鼓低通滤波器滤除.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位高速并行接口，自带2.5V基压、电流进行采样，ADS8364的数据口Da、转换结束信号端口 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EOC分别与DSP的数据口D-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.
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 ZigBxe技术是一种近距离、低复杂度、低数据速率、低功耗、低无线传感器网络系统.ZigBee网络具有自动组网、自动路由和自愈功能，可工作在2.4GHz的免执照频段，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、高电压能质量无线组网监测的理想解决方案. 环境中的传播性能较好，数据传输能力强，可靠性高，是实现电网电
1.2系统原理
压、大电流信号转换成适合A/D变换的小信号，经滤波后送入A/D 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 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图 如(图1)所示.
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ZigBce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，同时提供了串行通信接口、UART接口及21个可编 程1/O引脚，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硬件设计
2.1信号采集处理模块
2.3ARM控制模块
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围电路组成.
电路组成.要实现的功能有：通过ZgBee网络向DSP发送控制指令， ARM控制模块由键盘，LCD显示、存储器和ARM芯片及外围接收保存DSP传送的数据，分析处理接收到的电能质量参数以及电
DSP数字信号处理器采用T1公司的TMS320F2812芯片，它是
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，其有外部存 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个外部中断源和多计.采用2GSD卡存储电能参数，设置4个按键和4.3寸 达130个1/0口，丰富的硬件资源，简化了外围电路的设
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图1电网电能质量监测系统架构示意图
设计开发
信息资源整合是对云南省交通运输行业分散，孤立的信息资源对重大突发事件的应急处置能力，改善公众交通出行服务质量.其 进行整合，以提高交通运输系统的运行效率，增强政府监管，决策和信息等.总体架构如（图1）所示.
5平台建设内容
5.1云计算模式数据中心
建立省厅数据中心，同时在各厅属单位设置数据分中心.各数据分中心整合本单位的数据，再交换至省厅数据中心.数据中心的 建设，采用云计算模式，实现数据的集中存储和处理，在数据中心信息整合的整体逻辑架构下，地理位置采用分布式的部署，实现数据的“物理分布，逻辑统一”，为数据共享提供支持.
云计算数据中心的网络配置，按功能可分为，存储网络、行业专网、公共网和管理网四个网络，其中，存储网络与其余三个网络物理 隔离，专用于搭建从存储服务器到PC服务器的数据通路，且技术上拟采用8Gb/s的光纤网络.行业专网和公共网主要用于连接分布在行业专网内的众多数据采集前置主机，及一部分必须从公网上采集 数据的前置主机，管理网，主要是提供vCenter与四台PC服务器通信的途径，以实现云计算环境的管理和调优（图2）.
5.2数据设计方案
对采集的数据进行分类、处理、加工，形成信息资源库.信息资源库主要包括业务数据库群、基础数据库群和专题数据库群.
其中，业务数据库群是从行业数据分中心抽取到的数据，根据各业务系统形成业务数据库，基础数据库群是在对业务数据库中的需求分析，主要包括“应急决策”“公众出行”、“交通综合运行分析” 省交通运输行业综合应用系统的运行，通过对综合应用系统的功能和“电子地图”几类数据库.
5.2.1 基础数格库鲜
基础数据库通常用来存放人.车、路等交通行业的基础数据，遵循制定的相关数据标准规范，进行数据采集与整理，通过数据交换部署与资源库建设生成.
公路基础信息数据库，包括公路基础地理信息、桥梁信息、隧道信息、涵润信息、路口属性信息、公路沿线设施信息、路产信息、 路况信息、收费公路信息、公路监控信息、应急救援信息等，
一公路运输信息数据库，包括营运车辆、从业人员、经营业户、客运站、货运站、驾培类、城市公交、出租车信息等，
一水路基础信息数据库，包括港口、航道、航线、跨河建筑物、监控信息、应急救援信息等：
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TFT液品屏用以人机交互.
3软件设计
ARM人机交互程序. 系统软件采用模块化设计方法，主要包括信号采集处理程序和
环境，然后进行数据采集，对采集的数据进行FFT变换及参数计算， 信号采集处理程序运行在DSP上，系统上电，初始化DSP运行并将结果进行存储.判断是否收到数据发送请求，如果收到请求将数据通过ZigBee网络发送出去.
ARM人机交互程序负责整个系统的管理与控制，系统上电，首先对CC2530 LCD显示器、键盘等初始化，通过CC2530向DSP发送数据传送指令，判断是否接收到数据，如果接收到数据将其存人SD[J].制造业自动化 2011 33（2):68-70. 卡中并通过LCD进行显示.
-水路运输信息数据库，包括船员信息，船舶信息、船舶监控
--政务服务信息数据库，包括政务公开，政策法规，行政许可信息等.
5.2.2专题数据廉群
按照不同的应用系统的需求，根据不同的主题建设专题数据库，以便实现基于各类主题的应用服务.
电子地图主题库：依托基础数据库群中的“公路数据库”、
公路养护施工信息、突发事件等信息. 一公众出行主题库：主要包括公路基础信息、公路气象信息、
息， 应急指挥主题库：包含视频监控、应急资源、应急预案等信
一综合统计主题库：包含公路基础统计、交通量、交通事故案件、通行费信息、客运场站信息等统计信息.
5.3省级数据交换共享平台
据，经过汇总和整合，并实现各单位数据的共享和交换.整个平台总 汇集省运管局、省航务局、省公路局、省路政总队等各部门的数体架构如（图3）所示.
数据的采集和传输、数据转换，数据人库和数据更新等功能. 数据汇骤子系统完成数据的汇骤采集，具体包括确定数据源、
数据交换共享子系统实现各单位数据的交换工享.具体包括提供各单位接口、数据的查询和数据的交换等功能.
数据管理子系统负责对信息资源库、交换和系统的管理.具体包括对信息资源库的管理，交换过程的管理、系统管理等功能.
5.4安全及保障体系
为保证工程顺利正常运行，需要配置必要的安全及保障体系.
合云南省实际情况的标准规范，包括目录标准、数据标准等. 标准化保障：在遵循国家、部、省的相关标准的基础上，制订符
安全保障：对数据中心的网络安全、数据安全、机房安全、环境安全等制订相关制度进行保障.
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本文对云南省交通行业信息资现状情况和问题的分析，依托云计算、虚拟化技术，提出云南省交通运输行业数据中心管理平台 建设的主要思路.下一步，将在专题数据库电子地图主题库的基础上建设云南省公路水路一张图，在公众出行主题库的基础上建设云处置系统，以实现整合资源的有效利用. 南省综合交通信息服务平台，在应急指挥主题库的基础上建设应急
本文设计的电网电能质量监测系统，采用DSP芯片TMS320F2812作为运算处理核心，以ARM9系列的S3C2440为控制中心，充 分发挥各自的运算和控制优势，利用ZigBee无线传感网络技术，实现DSP与ARM之间数据的无线传输，该系统结构紧凑、易于实现、广价值. 性能可掌，能够对电网电能质量进行实时监测，具有较高的应用推
参考文献
[1]舒双宝，罗家融，王勤溯，等.基干DSP和ARM便携式电能质量监测 系统的设计与实现[J].电力系统保护与控制，2010 38(24）：185-187.[2]王水杰，杨小平.基于无线传感器网络的智能小区监控系统设计
