基于ICl6LF818单片机无线通信的电力线路数据采集系统的研究

yjtj30xe

摘要本文介绍一种电力线路数据采集系统的设计方案，该方案中采用无线通信技术。
  Q( A2 u9 y, L系统采用模块化设计，电量采集发射单元对线路电量参数进行采集，单片机和高速射频
芯片保证数据采集传输的高速、高效和高可靠性；用户界面单元通过数据接收模块与计
算机之间串行通信，实现实时监测，有着广泛的应用前景。
- _$ a: V# ^! H. E, g7 C3 F
2 H* w) n! Z3 W  Q' z9 l引言
基于无线通信的电力线路数据采集系统的研究
汤文王毅谢将剑
- C* t2 [+ M6 z  X8 g3 P(北京交通大学电气工程学院北京1 00044)
, S/ ^1 F- _1 b; c( U* Q摘要本文介绍一种电力线路数据采集系统的设计方案，该方案中采用无线通信技术。
系统采用模块化设计，电量采集发射单元对线路电量参数进行采集，单片机和高速射频
芯片保证数据采集传输的高速、高效和高可靠性；用户界面单元通过数据接收模块与计
算机之间串行通信，实现实时监测，有着广泛的应用前景。
关键词无线通信数据采集单片机mRF2401
我国10kV的电力系统大多采用中性点不接地
. G" _. r5 _  F系统或经消弧线圈接地的运行方式，即为小电流接
地系统。单相接地是电力系统最常见的故障，由于
接地电流小等原因检测起来困难很多。该类型故障
& i7 v# r7 M- N$ B) [* E" S& Z1 p的定位一直是困扰电力部门线路维护人员的难题。
故障指示器是目前应用较多的一种产品，当供电线
路有短路或接地故障发生时，安装在架空线上的故
& N8 z6 j! H/ ^) Q+ Y+ U障指示器的传感器检测出电流电压突变信号。故障
5 H9 \8 b/ r* |& |2 _  \0 _$ i1 D指示器内部CPU对信号进行分析比较运算后，进
行翻牌显示(转红)，达到设定时间能自动复位，
& }1 Q6 ^3 _4 ?( O恢复初始指示状态。工作人员通过报警指示信号，
能够迅速准确地找到电力线路故障位置而及时排
) g6 s$ Q9 a" t除。然而，在应用过程中，发现部分故障指示器不
! T) x6 j2 ]' n# K& s能正确动作，甚至误动作。究其原因，是由于故障
指示器动作值整定不合理，整定值太高，发生故障
时指示器不动作；整定值太低，指示器误动作。因
此，为研究发生故障时电力线路中的故障参数，更
加准确地设定故障指示器的整定值，需要研制一套
7 }6 j* s! j) P# ~) M电力线路数据采集系统，收集输电线路正常工作时
和发生故障时的参数。本系统的应用，将有助于了
4 l- c5 A( G0 m( m/ t解线路的实际运行情况，提高故障指示器的动作准
! W6 {. I8 m0 Y; Y. D, Z: \: J0 d确性，便于分析故障时的参数。
本文设计一种电力线路数据采集系统，运用无
5 U: ^! l' C% l. z7 S6 W8 ]线射频芯片将电力线路参数值传输给计算机终端处
理，实现对电力线路电参数的数据采集。
4 y2 G' q  s% p2 X4 z+ J6 y3 I1 电力线路数据采集系统组成
电力线路数据采集系统分为两个部分：(1)安
装在电力线路上的电量采集发射单元，包含电压、
  A) B0 |' ]8 H' _: _" }电流互感器、单片机和无线通信接口。(2)放置在
. q6 N: v1 o0 T2 X. |' W4 {# m  Y* s电力线路附近的监测计算机、无线通信单元。
0 e8 R+ A5 s  W( _, ^2 B1 s
4 q. ~# O" g& K* r在电力线路上需要监测的点安装电量采集发射
单元，通过其中的电压电流互感器采集波形，所有
$ d  {% i$ W$ x7 `! G的电量采集单元通过无线通信接口与监测计算机进
行数据通信(见图1)。
; U8 T9 b5 k! z: v. b1 J
1．1主要器件
微处理器选用Microchip公司的PICl6LF818
单片机，是一种带1．75K字节闪存(FLASH)的低
( D" s: h" l. V电压、高性能的8位单片机。PICl6LF818自带
& z$ X' e, V4 C, g5 C9 j128KB RAM、8位可编程I／O线、两个8位，一个
16位定时器／计数器、可编程串行通道、低功耗
" ]8 A. w. A! |0 i% ^! T闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路。它能
对波形信号进行采样、转换、处理、存储，并通过
1 m% [1 M! L! D* D2 G2 z- ESPI串行通信模块响应来自PC机的命令及向PC
机传输数据。PICl6F818单片机的指令处理速度能
够达到8MHz，内部集成5通道的lo位A／D采样
转换模块，此A／D转换模块属于逐次逼近式A／D
转换，具有转换速度快、精度高等特点，非常适用
/ L& I. l' C$ P  C' d于实时数据采集。另外，单片机内部的SPI串行通
信模块实现数据接收模块与上位机的同步通信，将
实时信息传送至上位机进行处理【2】。
1 P$ c1 K* Q% R  x无线射频芯片选用挪威Nordic公司推出的单
片无线收发一体芯片nRF2401，芯片工作于2．4～2．5
GHz的ISM(工业、科学和医疗)频段，芯片内置
& f+ p) d- w. r: r频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等
功能模块，具有GFSK调制和解调能力，工作电
% l# ]( n& p# A压1．9～3．6V，低功耗，抗干扰能力强¨j。

( H( y7 ?( j( u. a. q单片机内部A／D转换只能接受正电平，所以
需使用运算放大器抬升电平。所选用的MC33202
是双通道运放，工作电压低，输入和输出满幅值，
* a4 e; I) j6 j: o$ b具有噪声低、失真低、转换速度(压摆率)高及驱
动能力大的性能。
; H) K) O5 w! W; D4 ~) M1．2硬件结构
电力线路上悬挂的电压、电流互感器分别与双
  T8 ?9 u' Y8 F5 z# U& L  y通道运算放大器MC33202的两个输入端口连接，
使输入的波形抬升到零值以上，以便单片机中进行
8 F0 l- A  q7 s; Q9 u/ G7 HAD转换。波形抬升的幅度可由输入端连接的电位
8 G( ^  o& _# \7 U: S$ E; ~器调节。波形在运算放大器的抬升后，从单片机的
RA0和RAl口输入。
单片机SPI串行接口与无线射频芯片的接口连
接，SDI和SDO口接DATA端，完成单片机与无
线射频芯片的数据交换；CE、CS、PWR口完成射
频芯片的模式控制，CLKl口作为时钟信号的输入
, c+ Y# G5 l& B口，DRl口传输的信号表示接收信号已准备。单
! I( P2 K) O/ M* w  k片机与射频芯片连接原理图(见图2)。
( B! f/ R, w+ D8 u9 a$ N5 r

附件下载：

游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复

( u5 V* G3 S- m# ~. {

shanchang1

PICl6F818单片机的指令处理速度能
够达到8MHz