新型电网电压监测仪的组成和驱动程序设计

0 引言
　　
　　电压监测系统是对电网电压质量进行监测并自动记录的智能化仪表系统，为统计电压的合格率及其他参数、反映电压质量的管理提供正确的数据。电压监测系统的最小组合为一台智能电压监测仪。通过仪表的使用，即可实现对电压监测点的各种电压参数进行测量并记录，同时给出电压合格率、电压偏高不合格率、电压偏低不合格率等计算结果。电压监测系统的另外一种组合是由电压监测仪加上电卡、通讯机及上位计算机等配套设备组成。电压监测仪所记录的数据很多，通过仪表键盘来查询抄录十分耗时耗工，而直接用小打印机打印也有许多缺点和不便之处。本系统可实现电网电压集中监测，并有查询、统计报表、电压越限报警、典型工作日设定、系统变比和电压值误差系数可调整等一系列功能。
　　
　　1  系统设计
　　
　　采集模块以高性能微处理器STC12C5A60S2为核心，外围由信号变换、实时时钟、串行通信和大容量串行存储器等模块电路构成。整个系统结构组成如图1所示。

　　
　　STC12C5A60S2是宏晶科技今年新推出的一款处理器，全面兼容传统的51系列。STCl2C5A60S2是一个时钟／及其周期，增强型51内核，速度比普通的8051快8～12倍。工作电压比较宽，为3.3～5.5 V。增加第二复位功能引脚，并且具有外部掉电检测电路，可在掉电时，及时将数据保存进E2PROM。内部有1 280 B的RAM数据存储器。芯片内部有E2PROM功能，擦写次数达10万次以上。具有ISP／IAP功能，8通道10位高速ADC，速度可达2.5×105次／s，2路PWM还可作2路D／A使用。内部已经集成了独立的波特率发生器，此系列单片机串行通信的速率可以不由内部定时器T1的溢出率来决定，这样可以让T1来实现定时或者计数的功能。此系列的单片机还有双串口的功能，一个串口可以被系统使用，剩下的串口可以用来作系统程序调试信息的输出，避免一个串口被占用的情况下，只能使用I／O口去模拟UART时序的麻烦。
　　
　　监测系统是弱电系统，而电网电压一般是220 V左右的交流电，不能由系统直接进行测量。必须把测量的电压通过带缓冲器的降压器，降至3～4 V的交流小信号。
　　
　　降压之后的电压信号为交流小信号，再通过真有效值转换芯片AD536转换成有效值相等的直流信号并输出。
　　
　　AD536转换输出的直流信号通过V／F变换芯片LM331输出其直流信号所对应频率的数字脉冲，供单片机进行采集，从而单片机计算出直流信号的大小。在本设计中没有采用传统的A／D转换器把模拟信号变成数字信号，而是采用LM331进行V／F变换。V／F变换的电路图如图2所示。