嵌入式單片機電力系統應用技術(shù)分析論文

　　摘要：作為當前生產(chǎn)生活的最主要功能途徑，電力系統在社會(huì )正常運作中扮演者極為重要的角色。但是由于人們對電能的過(guò)度需求，電力系統常常面臨著(zhù)較大的負荷，如果長(cháng)時(shí)間處于超負荷狀態(tài)，極有可能使整個(gè)電力系統發(fā)生故障、癱瘓，部分電氣設備的損壞，造成較大的經(jīng)濟財產(chǎn)損失甚至是人員傷亡。對此，建立智能化的電力系統檢測裝置成為了當前亟待解決的重要課題。本文便將以嵌入式單片機作為切入點(diǎn)，分析基于嵌入式單片機的智能電力監控系統的設計方法。

　　關(guān)鍵詞：嵌入式單片機；智能化；電力監測

　　單片機作為當前使用頻次最高的微型控制器，不僅能夠勝任大多計算機所能夠完成的任務(wù)，同時(shí)也具有更好的便攜性與適應性，對于某些特殊情況甚至擁有比傳統計算機處理方式更好的處理效果。以電力系統的監測工作為例，以單片機為基礎設立嵌入式系統，能夠有效提高電力系統監控工作的精度、效率、時(shí)效性以及可靠性。尤其是在近些年間，單片機技術(shù)臻于成熟，使得基于嵌入式單片機的電力系統應用技術(shù)的各方面表現都能夠符合預期結果。

　　一、智能電力監控系統的硬件需求

　�。ㄒ唬┲悄茈娏ΡO控系統所具備的功能

　　本文所設計的智能電力監控系統在功能上將會(huì )對電力系統的總負荷進(jìn)行監測，如果監測數值超出設定的最大值，則會(huì )自動(dòng)對電力系統的輸電功能進(jìn)行調整，并自動(dòng)預警，提醒電氣設備檢修人員對其采取相應的維修工作。對此，智能電力監控系統至少應當具備如下模塊：首先是信號采集模塊。信號采集模塊的主要功能是對電力系統的電壓與電流數值進(jìn)行實(shí)時(shí)測定，并進(jìn)行數據輸入；其次是信號轉換模塊。信號轉換模塊的主要功能是將采集的模擬信號轉變成為數字信號，以便單片機能夠對其進(jìn)行處理；第三是信號處理模塊。該模塊以嵌入式單片機為主要工作元件，主要功能是對信號轉換模塊傳輸的數字信號進(jìn)行處理，與既定的數據限值進(jìn)行比對，并選取系統應當采取的合理行為。第四是數據輸出模塊。此模塊功能較為復雜，其一是對電力系統工作狀態(tài)進(jìn)行調整，其二是進(jìn)行信號傳輸，將電力系統工作狀態(tài)傳輸至電力系統管理人員。除了上述模塊之外，智能電力系統的硬件部分還應該包括電力供給裝置，由于電力系統本身便能夠提供足夠的電能，故該監控系統可以從電網(wǎng)中取電，經(jīng)轉換器處理之后為單片機以及其他模塊供應穩定的低壓直流電[1]。

　�。ǘ�）智能電力監控系統的電路設計

　　單片機對運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，而電力系統多為高壓交流電，為了能夠讓單片機可以取電于電網(wǎng)，需要對電網(wǎng)電路進(jìn)行調整，主要目的為降低電壓和調整頻率。為了能夠完成該項任務(wù)，可以選取二極管、電容和電阻元件組成轉換器，以電阻為分壓元件、二極管為限壓元件、電容為調頻元件，實(shí)現高壓向低壓的轉換，避免高壓對單片機造成破壞作用。除了單片機電路之外，為了能夠實(shí)現電力智能監控系統的自動(dòng)報警功能，需要對報警所使用的通信電路進(jìn)行設計。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(xiàn)實(shí)行拓撲結構，分別與數十個(gè)節點(diǎn)相連接，以便提高信號傳輸的質(zhì)量，實(shí)現信號的網(wǎng)狀結構范圍發(fā)展，實(shí)現短時(shí)間內信號的大范圍傳播。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，避免對所需要傳輸的信號造成影響[2]。

　　二、智能電力監控系統的軟件需求

　�。ㄒ唬┲悄茈娏�控制監控軟件的整體設計

　　對于智能電力控制系統軟件而言，其最主要的作用便是對系統工作的執行進(jìn)行排序，確定每個(gè)工作步驟的執行次序。當系統被開(kāi)啟之后，整個(gè)智能電力監控系統程序便開(kāi)始正式運行，此時(shí)信號采集系統開(kāi)始實(shí)時(shí)對電網(wǎng)中的電壓信號與電流信號進(jìn)行測定，并將測定信號值輸入；輸入信號先通過(guò)信號轉換裝置由模擬信號轉換至數字信號，隨后才進(jìn)一步傳輸至單片機處理裝置中進(jìn)行處理；當單片機發(fā)現異常輸入信號之后，會(huì )根據單片機預設的系統行為方式對系統工作狀態(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)設備上。至此，整個(gè)智能電力監控系統的工作流程結束。

　�。ǘ�）信號采集模塊的設計

　　信號采集模塊的工作模式較為復雜，首先需要將模塊進(jìn)行初始化，使各個(gè)裝置的工作參數達到初始值；其次，在規定一個(gè)時(shí)間零點(diǎn)之后開(kāi)始對電網(wǎng)中某一段時(shí)間內的信號進(jìn)行采集。一般來(lái)說(shuō)，信號采集的時(shí)間應當根據電網(wǎng)中信號的變化周期來(lái)進(jìn)一步確定，信號采集工作也應當盡可能在一個(gè)周期內完成；當信號采集裝置獲取到電網(wǎng)信息中電壓與電流信息之后，不能直接將信號傳遞給單片機進(jìn)行處理，而應當先對采集信號進(jìn)行預處理，初步判定采集信號是否符合單片機的處理要求。如果信號質(zhì)量較差或存在其他問(wèn)題，則應當將此段信號舍去，對電網(wǎng)中的相應信號進(jìn)行重新采集；如果信號通過(guò)預處理確定符合相應要求，則可以將信號傳遞至單片機進(jìn)行處理，此時(shí)計時(shí)結束，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)器的設置程序。定時(shí)器除了需要記錄采樣時(shí)間之外，還應該在采樣時(shí)間達到一個(gè)采樣周期之后自動(dòng)中斷該節采樣工作，同時(shí)回到初始狀態(tài)。

　�。ㄈ�）通信模塊的設計

　　為了能夠更加迅速的將預警信號傳遞給管理人員，電力監控系統所使用的通信模塊大多選用主從式通信方式，眾多從機在主機的控制下完成相應的通信工作。對此，軟件程序設計要求主機能夠在某一個(gè)既定的周期向從機發(fā)送信號，并接受反饋信號。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、結語(yǔ)

　　為了能夠有效保證城市電力系統的正常工作，對電力系統進(jìn)行實(shí)時(shí)監控顯得尤為必要。單片機的使用提高了電力系統監控工作的自動(dòng)化程度，極大程度上減少了監控工作的人力、物力消耗，同時(shí)提升了監控的效率與精度。因而基于嵌入式單片機對電力系統監控系統進(jìn)行優(yōu)化將會(huì )成為日后研究的一項重點(diǎn)，希望本文能夠對該領(lǐng)域研究做出一些貢獻。

　　參考文獻

　　[1]童世華，柳盼。電力監控系統移動(dòng)終端軟件的設計與實(shí)現[J]。實(shí)驗技術(shù)與管理，2018，（2）：146—151。

　　[2]胡朝輝，王方立。電力監控系統通信安全技術(shù)研究[J]。電子技術(shù)應用，2017，（3）：21—24。

　　[3]薛保平，張昌帥。電力監控系統在電力生產(chǎn)中的應用分析[J]�？茖W(xué)與信息化，2018，（22）：42，45。

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