基于ARM和以太网的远程电参数测量技术研究

基于ARM和以太网的远程电参数测量技术研究

　　针对目前各地用电及收费管理不便的问题，文中研究了基于ARM和以太网的远程电参数测量技术。该技术主要用于对电参数的采集和存贮。主控制器采用32位的ARM微处理器STM32F103V，接口硬件设计配合上位机显示电参数。上位机采用LabVIEW的DataSocket枝术编写实现显示功能。通过上下位机的结合，完成电能的计量，进而方便收费管理。

　　随着人们用电管理方式逐步、向着更加智能、高效和网络化的改善。文中结合网络技术，采用高性能的以太网控制芯片W5100，利用专用的电能计量芯片CS5460A研究了电参数的远程传输。通过W5100嵌入以太网，可以实现数据的远程传输，有效地将经CS5460A采集的电流值、电压值及功率值传送至PC，较好地完成了电能计量和收费管理。

　　1 系统总体方案设计

　　设计采用Cirrus Logic公司专用的电能计量芯片CS5460A、WIZnet公司生产的以太网控制器W5100、ST公司推出的STM32F103V作为CPU，以及LCD显示、网络变压器911105A、RJ45接口等。系统框图如图1所示。

图1 系统框图

　　2 系统硬件设计

　　2.1 W5100及CS5460A

　　W5100是一款多功能的单片网络接口芯片，内部集成10/100以太网控制器，主要应用于高集成、高稳定、低成本的嵌入式系统中，可以实现没有操作系统的Internet连接。W5100内部集成了全硬件的且经过多年实践验证的TCP/IP协议栈，同时内部还集成有16 kB存储器用于数据传输。

　　CS5460A是一个包含两个△∑模数转换器(ADC)、功率计算功能、电能到频率转换器、高速电能计算功能和一个串行接口的高度集成的△∑模数转换器。它可以精确测量瞬时电压，电流和计算有功电能、无功功率、瞬时功率、IRMS、VRMS，用于研制开发单相、2线和3线电表。为便于与外部控制器间的信号传输，CS5460A集成有一个简单的三线穿行接口，该串口与SPITM兼容。

　　2.2 前端调理电路设计

　　利用互感器与精密电阻网络组成的调理电路，将电压和电流转换成为芯片可以接受的小电压、电流信号，该方案设计简单、精度高，且实现了芯片与电网隔离，保证了芯片的安全，硬件电路如图2所示。

图2 前段调理电路