摘 要： 提出以ARM9為CPU，采用目前廣泛應用的工業以太網作為通信方式的電網電力參數在線監測設計方案。在掌握ARM9和以太網的基礎上，構建本裝置所需要的軟硬件平臺。本方案采用DM9000芯片來控制以太網， 經過設計驗證并最終實現對電網電壓電流等相關參數進行采集并傳輸回基站的目的。
關鍵詞： ARM9；在線監測；以太網；DM9000
電力系統是我國能源行業最重要的組成部分,電網系統的安全可靠運行對人們的日常生產生活起著很重要的作用。目前市場上一些電力參數測量裝置大多采用單片機作為CPU,已經不能滿足對實時性和高精度的要求,尤其是不能滿足對其可靠性和網絡通信能力的要求。基于此提出一種基于32位ARM芯片S3C2410作為處理器構成監控下位機，基于以太網傳輸數據的方案，該方案對電網的各項參數進行采集、處理、顯示并傳送到控制中心，達到對電網的實時監控、保護和數據統計的目的[1]。
1 系統總體設計方案
系統主要有數據信息采集處理部分和數據傳輸部分，分別負責電網電壓、電流等相關信號的采集和傳送。系統的主要器件有S3C2410、DM9000、JTAG、JDG-0.5、LM-0.5等。其中S3C2410作為系統的核心芯片，主要負責處理整個系統協調工作；DM9000控制以太網網絡傳輸部分；JTAG用于仿真調試；串口用于調試數據的正確采集；LZZBJ-9-10A和JDZG-10負責對電力參數進行采集；整個系統還包括電源（電壓）濾波模塊、系統復位模塊、時鐘電路等。
基于S3C2410的數據采集與傳輸系統的總體設計架構如圖1所示，電壓、電流等模擬信號經信號處理后送至S3C2410進行A/D轉換，并將轉換結果存儲于存儲裝置中，鍵盤/LCD用于完成所需要的參數的設置和顯示，在完成數據的采集和正確的處理后，由DM9000網卡芯片控制，進行以太網相關數據信息的傳輸[2]。
2 硬件系統設計
系統硬件電路分為電力參數采集模塊和數據信息傳輸模塊兩個部分。監測節點的參數采樣數據暫定為電壓、電流和電源的頻率3個參數，采樣電路的原理圖如圖2所示。
左邊的兩根線分別為電網的火線和零線。本裝置所采用的采樣電路中的JDZ-0.5（TV）為比較新穎的電流型電壓互感器，電壓互感器通過采集電網電壓，轉換成與之成比例的電壓信號，經過合適的量綱變換后（通過調節R4、R5的大小實現采集電壓的量綱變換），連接到S3C2410的A/D的第一個轉換通道，電壓的采樣即可實現。熔斷器FUSE1防止因短路或是某個器件接地造成電流增大對人身的危害。同理，LM-0.5（TA）完成電路中電流信號的采集；電路中的R6、R7完成對電流信號大小的限定，實現合適的數量級，然后輸入到S3C2410的A/D轉換通道的第二路輸入。經過R2濾波電容C1的作用，采集到電網的頻率信號，同樣送入S3C2410中進行頻率信號的計算和存儲。
3 系統性能測試及分析
在網卡芯片初始化探測函數執行結束后，函數將讀取到DM9000網卡的ID號，包括廠商的信息和產品的信息。與DM9000網卡自身的數據進行比較，因為DM9000網卡芯片的相應數據為90000A46，探測函數將對兩者進行比較，如果兩者不相同，就認為網卡芯片沒有正常工作[3]。
采用串口調試助手軟件觀測函數的執行輸出信息，器件的IP地址事先已經設置好，圖3所示為DM9000網卡芯片的探測結果。
確定DM9000初始化結束并且能夠正常工作后，系統軟件即可調用相應函數來實現以太網電力參數數據的發送，目的是將處理后的電壓電流等信息傳送給上位監控機，本設計驗證時采用TCP&UDPDebug軟件來驗證上位機收到的電力參數數據信息。設置DM9000芯片的IP地址為：192.168.1.123；同時設置相應的端口號為：80000，做為器件端口與套接字綁定的地址，這樣上位機便可以檢測到DM9000芯片發來的數據信息。軟件上，設置每隔10 s采集一次相關電網電力參數。經測試，觀測結果如圖4所示，數據能夠正確并且快速完整地進行傳送。作為實驗階段，實時數據采集信息內容暫時定為包括采集的電網電流、電壓和實時頻率3個參數[4]。
經過多次調試和測量，最終認定該系統能夠實現穩定的實時電力參數信息的采集，并且采集的實時數據具有很高的精確度，能快速地實現與上位機間的通信。同時驗證發現，采集的結果與現場實地采集結果比較兩者的誤差極小，所以該系統最終能夠穩定地實現與PC機間的以太網實時數據信息的通信。
基于S3C2410的電信號采集與以太網傳輸系統電路設計簡單，實時傳輸數據準確率高。該系統設備也可用于檢測其他裝置或是設備信號，如溫度、流量、濕度等，其基本原理是相同的；此外以太網通過網絡可以實現遠程通信，只需少量人員在工作室就可以通過PC機實時檢測多個監測節點的相關信息，使得以太網的工業用途非常廣泛。綜上所述，本系統實現了節點式的電網監控保護，有利于電網系統的分布式管理，提高電網管理自動化水平。
參考文獻
[1] 秦偉，孟慶青.基于ARM處理器的數據采集系統的設計[J].自動化技術與應用，2006（10）：63-65.
[2] 段海龍.基于ARM的嵌入式以太網通訊的實現[M].北京：中國學術期刊電子出版社，2006.
[3] 李明康，靜秋.嵌入式TCP/IP協議的研究與開發[J].計算機工程與應用，2002，38(16)：18-121，135.
[4] 羅浩，謝成華.一種新的基于ARM的數據采集系統設計[J].信陽師范學院學報（自然科學版），2006（02）：203-205.