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。
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。
' Q. D& h  C8 A, R9 B5 Q6 x0 Y! a
引言
6 S) [! X3 c' z3 K+ f6 w/ A+ A基于无线通信的电力线路数据采集系统的研究
# Q8 e4 O9 ~) Q- Y汤文王毅谢将剑
8 K' u  A, H4 Q8 v" ?  N(北京交通大学电气工程学院北京1 00044)
; h% T) T# X# v! i1 c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。
# j. ]. A8 H3 t, i% e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
0 x6 }' [5 D: Y/ B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
1 w* p; W* W7 U7 U' s. h  o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
系统或经消弧线圈接地的运行方式，即为小电流接
! X# s" f/ W. m% I# I地系统。单相接地是电力系统最常见的故障，由于
& ?' |! e7 l4 R8 Z7 y9 b接地电流小等原因检测起来困难很多。该类型故障
) b" X7 K$ G4 H8 r1 u的定位一直是困扰电力部门线路维护人员的难题。
$ |, q2 Q( |& J! `7 T故障指示器是目前应用较多的一种产品，当供电线
1 F) ^- A* s7 {2 A7 R% z路有短路或接地故障发生时，安装在架空线上的故
9 T1 P5 C' R/ t* |障指示器的传感器检测出电流电压突变信号。故障
& I2 {$ T* M" V+ L( H4 x6 Z/ {6 `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，
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
除。然而，在应用过程中，发现部分故障指示器不
* s: S* s' \. n! f; y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
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
2 c6 v: b7 P8 Y) i( r解线路的实际运行情况，提高故障指示器的动作准
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
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。
1 电力线路数据采集系统组成
9 E- Z; T* R+ C" @% x电力线路数据采集系统分为两个部分：(1)安
$ i+ v' }$ d4 U/ g6 `7 P' t装在电力线路上的电量采集发射单元，包含电压、
电流互感器、单片机和无线通信接口。(2)放置在
电力线路附近的监测计算机、无线通信单元。
' U: N# R! x( [! X& h
在电力线路上需要监测的点安装电量采集发射
4 M, i1 [" |- f& \* L; L单元，通过其中的电压电流互感器采集波形，所有
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)。

8 E' n" H% P8 b3 x. U+ T. K& n7 Z1．1主要器件
- a, z. j2 |5 n5 h7 c微处理器选用Microchip公司的PICl6LF818
+ i9 }- x0 K' P/ I) P; ]/ V单片机，是一种带1．75K字节闪存(FLASH)的低
9 m- u9 i) ^( n( Y8 I8 i1 i电压、高性能的8位单片机。PICl6LF818自带
128KB RAM、8位可编程I／O线、两个8位，一个
) M9 Q0 X: K( W+ {( Q2 Z8 e" b16位定时器／计数器、可编程串行通道、低功耗
" w- `  r. r; W' B4 C+ {4 A3 }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
6 N3 i- P6 z  oSPI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
3 n7 W- u6 O7 l5 ]1 Q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
) ~2 u4 `/ {+ r! h, r7 u转换，具有转换速度快、精度高等特点，非常适用
' Z' e8 b  o5 J: _于实时数据采集。另外，单片机内部的SPI串行通
  ]; h1 s2 M( Z5 ]/ a. O0 D信模块实现数据接收模块与上位机的同步通信，将
3 d; b- p3 R" l2 T2 \. a/ P实时信息传送至上位机进行处理【2】。
+ W& H! Y1 s- `  s; f! S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
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
压1．9～3．6V，低功耗，抗干扰能力强¨j。

4 G  p/ A( U/ {4 L6 o# R6 u: Z; m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
0 ~1 U8 c, d$ v4 w% c是双通道运放，工作电压低，输入和输出满幅值，
6 q4 R5 U1 y% T* G* q具有噪声低、失真低、转换速度(压摆率)高及驱
8 D+ S& N& [: C8 g4 d9 G+ s动能力大的性能。
1．2硬件结构
& B& K# A, v: ?: s6 O2 C电力线路上悬挂的电压、电流互感器分别与双
* s0 Q* w3 A& n  R通道运算放大器MC33202的两个输入端口连接，
: R6 b  n; w, _使输入的波形抬升到零值以上，以便单片机中进行
AD转换。波形抬升的幅度可由输入端连接的电位
/ ]. `* q: H6 I; l: p8 ~3 P' @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
, z, i6 K0 \% f* G! e. q/ }2 I7 A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
) r# x: v% t3 K6 s口，DRl口传输的信号表示接收信号已准备。单
片机与射频芯片连接原理图(见图2)。

8 R$ p1 |/ z( D- E1 K

附件下载：

游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复

/ P3 O( j" j; A8 |6 c' c8 n

shanchang1

PICl6F818单片机的指令处理速度能
够达到8MHz