智能電表現(xiàn)場校驗儀的開發(fā)與設計

　　隨著電網(wǎng)建設的逐步完善，相應的電力配電裝置得到了迅猛的發(fā)展，電能表的準確度等級越來越高，對電能表現(xiàn)場校驗儀的要求也隨之提高，電能表現(xiàn)場校驗儀電能指標一般要求達到0.05 級，功能上要有諧波分析、錯誤接線判斷、向量圖顯示、更正系數(shù)計算等，另外所測數(shù)據(jù)要求被保存并能上傳到PC機供管理應用，還要求攜帶方便，體積小、功耗低，因此采用ARM和CP2102技術就能很好的滿足設計要求。

　　一、硬件原理

　　硬件由模擬輸入通道、采樣保持電路、A/D轉換器、CP2102數(shù)字信號處理器、ARM及其外圍器件組成。輸入通道中，三相電壓直接接入，經過精密電阻分壓取樣到A/D轉換器。電流采樣分為經內附精密互感器、5A鉗型互感器、500A鉗型互感器三種方式獲得以適應現(xiàn)場校驗的不同需求。

　　采集到的信號經16位串行A/D轉換將模擬信號變換為數(shù)字信號。由采樣保持器保證采樣的同步性，使每相電壓、電流同時采樣，最后以串行方式輸入給數(shù)字信號處理CP2102.CP2102是數(shù)字信號處理器（Digital Singnal Processor）的簡稱，它對采樣信號進行高速運算、加工處理并將處理結果經總線傳送給中央處理器ARM.中央處理器ARM對CP2102處理結果進行后期處理，實現(xiàn)人機對話、數(shù)據(jù)存儲、功能切換等功能。顯示器采用640×480分辨率的26k真彩色大屏幕，背景色可調以適應不同環(huán)境。

　　二、ARM和CP2102技術原理

　　中央處理器ARM是該儀器的核心部件，采用三星公司設計開發(fā)的基于精簡指令集的ARM9核的S3C2410,該器件為低價格、低功耗、高性能小型微控制器，適合應用到各種便攜設備，能夠降低整個系統(tǒng)成本。它具有豐富的內部設備，其中主要包括：存儲器管理單元 MMU,16KB的指令緩沖器和16KB數(shù)據(jù)緩沖器，存儲器控制器（SDRAM控制器）、NAND Flash和NOR Flash控制器，LCD控制器（支持STN和TFT），4通道的外部DMA請求控制，3個串行口，SD存儲卡讀取口，2個USB接口（1個USB主機接口和1個USB設備接口），5個脈寬調制定時器，看門狗定器，117個通用I/O端口（其中24可用于中斷請求）。在本儀器中主要完成系統(tǒng)控制和通訊協(xié)議的轉換。ARM的外圍器件包括32M的8位FLASH存儲器K9F5608,它不僅保存著本儀器的應用程序，同時現(xiàn)場校驗的數(shù)據(jù)和抄表數(shù)據(jù)都可以存儲。 FLASH存儲器在系統(tǒng)中主要用于存放引導程bootloader、操作系統(tǒng)內核鏡像和應用程序代碼等，系統(tǒng)上電或者復位后從FLASH中運行 bootloader,由bootloader初始化硬件并將操作系統(tǒng)拷貝到SDRAM中去執(zhí)行。SDRAM存儲芯片采用57V641620,它共有 4M×16位字節(jié)寬度，采用3.3V供電。

　　CP2102采用TI公司生產的第三代數(shù)字信號處理器TMS320VC33,該芯片是一種32bit的浮點CP2102,其程序、數(shù)據(jù)和外設地址都映射在同一存儲空間，并有豐富的尋址方式和較大的尋址空間，因此對外設的訪問非常靈活方便。CP2102以處理速度見長，它將處理信號的典型算法，如快速傅立葉變換（FFT）以硬件形式加以支持，提高了處理速度，特別適合要求運算速度高的場合。在本儀器中，各種電測量如電壓、電流、功率、頻率、相位、功率因數(shù)、諧波等都是由它完成計算處理的，同時，它還產生電能脈沖，包括有功電能的高頻脈沖、低頻脈沖和無功電能的高頻脈沖。

　　三、功能實現(xiàn)

　　儀器的設計指標為0.05級，主要由采樣電路和A/D來保證，算法也有很大的影響。該儀器采用非同步采樣，采樣頻率與被測信號不同步，會帶來附加誤差，利用軟件方法可以修正殘余誤差。參3經測試，基本電能誤差能夠滿足設計要求。由于ARM的高性能，結合電能表現(xiàn)場校驗的各種情況，儀器提供了豐富的擴展功能，主要有以下幾個方面。

　　1.儀器可以從上位機接收待校表信息，包括相線、常數(shù)、類型、互感器倍率、編號、變壓器容量等，校表時只用輸入編號即可調入全部信息進行校驗。校驗結果存儲時也可以包含以上信息并且具有校驗時間、誤差、測量時的電測量信息?？梢允謩踊蛲ㄟ^485得到被校表的峰谷平電量信息，包括正反向有功和正反向無功。存儲數(shù)量1000塊。

　　2.大屏幕液晶可以在校驗界面顯示三相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)，顯示電流檔位（基表、5A鉗表、500A鉗表）信息?？梢燥@示兩個誤差，如果是主表副表則顯示兩塊表的誤差，如果是多功能電能表則可以同時顯示有功、無功誤差。

　　3.能進行走字試驗，可進行電能累計，檢查電能表字輪的工作狀態(tài)。

　　4.能顯示相量圖和相位值，具備查接線功能（錯誤或正確的接線），直接計算錯誤接線情況下的更正系數(shù)，可及時追補損失的電量。

　　5.能夠測試計量裝置中低壓電流互感器CT的角差、比差、誤差。

　　6.具有諧波分析功能，顯示線路失真度、各次諧波含量、波形，還可以校驗基波表。

　　7.正是采用了ARM技術，才能使具有強大功能的電能表現(xiàn)場校驗儀體積小、功耗（現(xiàn)場校驗儀的重要指標）小、便于攜帶，它必將成為電能計量工作人員的有效設備。

　　四、電能表現(xiàn)儀與智能系統(tǒng)

　　系統(tǒng)主要由3部分組成：主站管理軟件模塊、主站數(shù)據(jù)庫模塊和PDA現(xiàn)場校表模塊，

　　整個校表的工作流程可以分為：

　　1,主站軟件生成計劃，經過計量專職的審核后生效。

　　2,校表人員將要執(zhí)行的校表任務下載到PDA中。

　　3,現(xiàn)場校表。校表人員帶著PDA和校驗儀來到校表現(xiàn)場進行校表工作，如果現(xiàn)場出現(xiàn)異常，則通過PDA的無線通信功能連接主站的專家診斷系統(tǒng)，處理各種接線錯誤。

　　4,上傳校驗結果。校表完成后，校表人員可以通過無線方式或串口通信方式上傳校驗結果到主站。

　　5,統(tǒng)計各種報表。

　　三、功能實現(xiàn)

　　儀器的設計指標為0.05級，主要由采樣電路和A/D來保證，算法也有很大的影響。該儀器采用非同步采樣，采樣頻率與被測信號不同步，會帶來附加誤差，利用軟件方法可以修正殘余誤差。參3經測試，基本電能誤差能夠滿足設計要求。由于ARM的高性能，結合電能表現(xiàn)場校驗的各種情況，儀器提供了豐富的擴展功能，主要有以下幾個方面。

　　1.儀器可以從上位機接收待校表信息，包括相線、常數(shù)、類型、互感器倍率、編號、變壓器容量等，校表時只用輸入編號即可調入全部信息進行校驗。校驗結果存儲時也可以包含以上信息并且具有校驗時間、誤差、測量時的電測量信息?？梢允謩踊蛲ㄟ^485得到被校表的峰谷平電量信息，包括正反向有功和正反向無功。存儲數(shù)量1000塊。

　　2.大屏幕液晶可以在校驗界面顯示三相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)，顯示電流檔位（基表、5A鉗表、500A鉗表）信息。可以顯示兩個誤差，如果是主表副表則顯示兩塊表的誤差，如果是多功能電能表則可以同時顯示有功、無功誤差。

　　3.能進行走字試驗，可進行電能累計，檢查電能表字輪的工作狀態(tài)。

　　4.能顯示相量圖和相位值，具備查接線功能（錯誤或正確的接線），直接計算錯誤接線情況下的更正系數(shù)，可及時追補損失的電量。

　　5.能夠測試計量裝置中低壓電流互感器CT的角差、比差、誤差。

　　6.具有諧波分析功能，顯示線路失真度、各次諧波含量、波形，還可以校驗基波表。

　　7.正是采用了ARM技術，才能使具有強大功能的電能表現(xiàn)場校驗儀體積小、功耗（現(xiàn)場校驗儀的重要指標）小、便于攜帶，它必將成為電能計量工作人員的有效設備。

　　四、電能表現(xiàn)儀與智能系統(tǒng)

　　系統(tǒng)主要由3部分組成：主站管理軟件模塊、主站數(shù)據(jù)庫模塊和PDA現(xiàn)場校表模塊，

　　整個校表的工作流程可以分為：

　　1,主站軟件生成計劃，經過計量專職的審核后生效。

　　2,校表人員將要執(zhí)行的校表任務下載到PDA中。

　　3,現(xiàn)場校表。校表人員帶著PDA和校驗儀來到校表現(xiàn)場進行校表工作，如果現(xiàn)場出現(xiàn)異常，則通過PDA的無線通信功能連接主站的專家診斷系統(tǒng)，處理各種接線錯誤。

　　4,上傳校驗結果。校表完成后，校表人員可以通過無線方式或串口通信方式上傳校驗結果到主站。

　　5,統(tǒng)計各種報表。