基于MSP430單片機(jī)的集中式智能控電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

程慶鈿

【關(guān)鍵詞】集中式智能控電 MSP430 單片機(jī) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

集中供電的管理方式總體上經(jīng)過(guò)了以下三個(gè)階段。第一個(gè)階段是傳統(tǒng)的刀閘和斷路開(kāi)關(guān)。第二個(gè)階段是老式電度表和IC卡電表階段。第三個(gè)是配電柜和智能控電系統(tǒng)階段。智能控電系統(tǒng)是最新的集中供電管理方式，使用成熟的單片機(jī)來(lái)作為系統(tǒng)終端，然后通過(guò)上位管理系統(tǒng)組成智能型聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)。智能控電系統(tǒng)可以更加方便、準(zhǔn)確、及時(shí)的進(jìn)行用電計(jì)量和管理。

1 硬件電路設(shè)計(jì)

1.1 控電系統(tǒng)總體方案

控電系統(tǒng)的終端分散在每一個(gè)用電單元之上。用電單元的用電信息通過(guò)控制系統(tǒng)終端上傳到上位計(jì)算機(jī)，上位計(jì)算機(jī)使用用電控制參數(shù)來(lái)對(duì)用電單元的用電情況進(jìn)行計(jì)量控制。同時(shí)，上位計(jì)算機(jī)則把用電信息上傳到供電系統(tǒng)管理中心，管理中心的人員通過(guò)上位計(jì)算機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)對(duì)整體的供電系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。如果發(fā)現(xiàn)了惡性負(fù)載等問(wèn)題，管理中心人員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，然后進(jìn)行斷電、恢復(fù)供電等操作。管理中心的計(jì)算機(jī)還能夠自動(dòng)匯總所有信息，生成報(bào)表，建立繳費(fèi)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)快捷方便的管理模式。智能控電系統(tǒng)總體方案詳見(jiàn)圖1。

1.2 控電系統(tǒng)終端總體結(jié)構(gòu)

由于供電系統(tǒng)中，用電終端承擔(dān)著收集用電單元信息的責(zé)任，有著較多的功能，所以也就需要更加可靠的結(jié)構(gòu)。這里推薦使用TI公司的MSP430FE425單片機(jī)來(lái)作為終端主芯片。這種芯片的使用可以有效的減少系統(tǒng)復(fù)雜度，提高可靠性。這種單片機(jī)是MSP430系列單片機(jī)的新型號(hào)，主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

（1）這種單片機(jī)的結(jié)構(gòu)體系是16位的RISC結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)之下，處理速度得到了顯著提高。

（2）這種單片機(jī)的能耗非常低，在3V之下電流保持在0.1到400毫安之間，工作電壓保持在2.7伏到3.6伏之間。

（3）這種單片機(jī)的存儲(chǔ)量比較大有512RAM和16KFlash，程序編制更加高效

（4）單片機(jī)有豐富的外圍模塊，這些外圍模塊可以提供更多的功能。比如FLL+時(shí)鐘系統(tǒng)，LCD驅(qū)動(dòng)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等。

（5）這種芯片直接把ESP430-處理器嵌入到單片機(jī)內(nèi)部，提供內(nèi)部通信機(jī)制。這就使得這種型號(hào)的芯片不需要專門安裝電量計(jì)量芯片，簡(jiǎn)化了電表的硬件，方便了用電控制。

控電系統(tǒng)終端主要包括了以下幾個(gè)部分。繼電器控制模塊、液晶顯示屏模塊、RS485通信接口、傳送控電參數(shù)、電源模塊等。

1.3 電能計(jì)量模塊ESP及計(jì)量原理

電能計(jì)量模塊ESP能夠直接嵌入到單片機(jī)之中，整合了電能計(jì)量的功能，這個(gè)模塊擁有獨(dú)立的MCU特征，主要包括了內(nèi)部參考發(fā)生器、數(shù)字信號(hào)處理器、AD轉(zhuǎn)換器等，可以實(shí)現(xiàn)防竊電的功能。這個(gè)模塊與單片機(jī)CPU的數(shù)據(jù)交換是通過(guò)郵箱終端機(jī)制來(lái)完成的，計(jì)量結(jié)果被儲(chǔ)存在寄存器之中，MSP439CPU從中提取數(shù)據(jù)。

2 軟件程序設(shè)計(jì)

2.1 軟件設(shè)計(jì)思想

控電系統(tǒng)終端使用的軟件要貼合其具體的用途。控電系統(tǒng)的終端主要是在各用電單位實(shí)現(xiàn)第一級(jí)的信息收集，實(shí)時(shí)監(jiān)控用電單位的用電數(shù)量，并且對(duì)可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)情況進(jìn)行及時(shí)的預(yù)警，技能夠向管理中心報(bào)警，也能夠及時(shí)的通知用電單位。所以，控點(diǎn)終端軟件的主要功能就是與管理中心系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換與數(shù)據(jù)采集。MSP430系列的單片機(jī)集成度比較高，開(kāi)放性強(qiáng)，功能豐富，適合于C語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)。而且C語(yǔ)言的開(kāi)放性比較強(qiáng)，產(chǎn)生的資料便于向其他平臺(tái)移植，兼容度高。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以把不同的程序功能劃分為不同的模塊，讓程序設(shè)計(jì)更加清楚，便于擴(kuò)展功能的實(shí)現(xiàn)。

2.2 控電終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控點(diǎn)終端的程序設(shè)計(jì)要按照模塊化來(lái)運(yùn)作。主要的模塊分別負(fù)責(zé)以下幾個(gè)功能。

首先，通信模塊要實(shí)現(xiàn)用電單位控點(diǎn)終端與控制中心計(jì)算機(jī)的順暢溝通，同時(shí)通信要按照通訊規(guī)約來(lái)實(shí)現(xiàn)。控制中心計(jì)算機(jī)能夠正常獲取用電單位的用電信息。終端程序的顯示模塊要清楚的展示出用電單位的用電量、用電規(guī)律、用電高峰及總的用電時(shí)間。控制中心要根據(jù)這些數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行用電量統(tǒng)計(jì)，來(lái)為未來(lái)的供電工作提供依據(jù)。

惡性負(fù)載識(shí)別的功能是在某個(gè)用電單位短時(shí)間內(nèi)用電量突然增大所采取的緊急措施，以防止電流激增造成供電系統(tǒng)壓力過(guò)大，影響用電安全。一般來(lái)說(shuō)，惡性負(fù)載都有一個(gè)設(shè)定參數(shù)，如果超過(guò)了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就會(huì)進(jìn)行暫時(shí)斷電，然后再恢復(fù)供電。如果情況反復(fù)出現(xiàn)，那么控制中心將直接斷電。

3 結(jié)論

基于MSP430單片機(jī)的集中式控電系統(tǒng)對(duì)于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定安全有著非常重要的意義。在用電情況更加復(fù)雜的新形勢(shì)下，集中式控電系統(tǒng)是比較有效的解決方案。本文從硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)兩方面探討智能控電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。硬件電路設(shè)計(jì)要注意控電系統(tǒng)終端的硬件設(shè)計(jì)方案，對(duì)于電能計(jì)量模塊和計(jì)量原理要進(jìn)行深入的探究。而軟件程序設(shè)計(jì)怎樣注重軟件設(shè)計(jì)基本思想，為軟件設(shè)計(jì)建立結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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