嵌入式多通道网络电参数测量仪的开发

摘要

本文主要阐述了以Master MCU(ARM9 S3C2410)与Slave MCU(ARM7 ADuC7022)为核心处理器设计的一款基于嵌入式Linux操作系统的多通道三相/单相交流网络电参数测量仪,用其可以同时监测多个用电设备的电压、电流、有功功率、功率因素、累积功等参数,并实现了通过网络远程监测电参数,历史数据自动保存等功能。通过优化常用采样电路的方案设计,采用了电流分段采样的方法,提高了测量精度和扩大了测量范围。改进了常用的周期中断信号产生电路,软件上合理安排中断优先级,通过调整电流、电压采样瞬时值对应关系,软件补偿了电流、电压输入到A/D转换电路造成的不同位差偏移,提高了功率和功率因数的精度。根据电流、电压和功率的计算原理使瞬时值采样发生在等间隔区域时间的中点,利用了ADuC7022高速采样的特性,合理分布采样点数,极大地减少了非同步采样原理性误差,降低了对信号频率的敏感性。通过采用平均采样值算法,在现有硬件噪声干扰较重的条件下消除多种随机误差,大幅提高了测量结果的稳定性和精度。SD卡存储器的设计使其能在不连接计算机的情况下独立工作并自动保存历史数据。通过软件仿真和大量的实验加以验证本设计方案,最终使其达到预定的指标。通过多通道测量和SD卡存储器的设计,硬件电路和软件程序的优化,可增强电参数测量仪的使用便利性。在设备的状态远程监测和自动化系统中有很广泛的应用前景。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 综述

1.1 电参数测量仪国内外发展现状和前景分析

1.2 嵌入式网络技术简介

1.3 课题背景及要求

1.4 论文主要内容及意义

第二章 硬件的设计与实现

2.1 网络电参数测量仪简介

2.2 硬件的选型

2.2.1 核心处理器选型

2.2.2 其他元件的选型

2.3 硬件的设计与实现

2.3.1 从 MCU 接口电路

2.3.2 采样电路的设计

2.3.3 网络控制器电路

2.3.4 SD 卡存储器电路

2.3.5 FLASH 存储器电路

2.4 本章小结

第三章 软件的设计与实现

3.1 MASTER MCU 的设计与实现

3.1.1 嵌入式系统的分析与选取

3.1.2 嵌入式LINUX 的移植

3.1.3 嵌入式WEB 服务器

3.1.4 主 MCU 的进程

3.2 SLAVE MCU 的设计与实现

3.2.1 采样过程

3.2.2 计算过程

3.2.3 通信过程

3.3 以太网控制驱动程序的实现

3.4 本章小结

第四章 系统精度与稳定性的改进

4.1 电流电压测量精度的提高

4.1.1 误差分析

4.1.2 改进措施

4.2 网络通讯稳定性的提高

4.2.1 错误分析

4.2.2 改进措施及测试

4.3 本章小结

第五章 实验结果与分析

5.1 测量电参数实验

5.1.1 一相两线实验

5.1.2 三相三线实验

5.2 温度影响实验

5.3 电流互感器噪声实验

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文