數(shù)據(jù)采集及GPS衛(wèi)星接收模塊的設(shè)計(jì)

  數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)中配電參數(shù)采集主要是三相電壓、電流等信號(hào)的采集；首先，采集電路采集到變壓器低壓側(cè)的電壓和電流量；然后，通過(guò)調(diào)理運(yùn)放電路并經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；最后，傳送給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；對(duì)輸入信號(hào)要求是單極性，電壓范圍為0～5 V；為防止信號(hào)太小須進(jìn)行放大，本文設(shè)計(jì)出以下采集電路：

  電流信號(hào)采集采用三個(gè)精密微型電流互感器，電流信號(hào)采用差分輸入(可減小誤差)；以A相電流采集為例，從互感器經(jīng)過(guò)并聯(lián)的滑動(dòng)變阻器RV1得到輸入電壓要求范圍內(nèi)的電壓，再經(jīng)過(guò)電容器C1濾波后，得到的小信號(hào)經(jīng)過(guò) 放大器放大后接入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。B相、C相電流采集與A相原理相同。

電流調(diào)理運(yùn)放電路圖

GPS接收模塊設(shè)計(jì)

  GPS接收模塊是接收機(jī)最重要、最關(guān)鍵的部分，作為接收模塊，需具有24引腳，工作電壓2.7V～3.6V；需要滿足以高性能定位引擎為特色的獨(dú)立GPS接收機(jī)，且尺寸小巧，在16mm×12.2mm×2.4mm的微型封裝內(nèi)提供了眾多連接選項(xiàng)，200多萬(wàn)個(gè)相關(guān)器***使用定位時(shí)間不到1s，更新速率達(dá)到5Hz；其緊湊的結(jié)構(gòu)和斷點(diǎn)記憶功能。該GPS接收模塊主要參數(shù)有:時(shí)間脈沖信號(hào)精度為30ns；水平精度以圓概率誤差(CEP)，即GPS定位在2.5m精度的概率為50%；支持UART、USB、SPI接口通信，采用串口與外部設(shè)備MCU通信；支持NAME、UBX、RTCM協(xié)議等。

  VCC引腳接3.3V電源；時(shí)間脈沖引腳接藍(lán)色LED指示燈，模塊上電后指示燈亮，開(kāi)始接收GPS信號(hào)時(shí)指示燈閃爍；RF_IN引腳接天線；SCL2和SDA2分別與電可擦可編程存儲(chǔ)器24AA32A的SCL和SDA相連，每次掉電重啟后，GPS模塊會(huì)從中加載配置信息；V_BCKP引腳接備用電源；由于單片機(jī)芯片輸出均為TTL電平，則RXD1與單片機(jī)的RXD直接相連即可，用于單片機(jī)控制其接收信號(hào)；TXD1和單片機(jī)的TXD直接相連，用于向單片機(jī)發(fā)送采集到的GPS信號(hào)，單片機(jī)按照協(xié)議解析信號(hào)從中分離提取出時(shí)間信號(hào)通從而得到自主授時(shí)。

系統(tǒng)主流程設(shè)計(jì)

  系統(tǒng)主程序工作流程與硬件電路設(shè)計(jì)中各模塊相對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，首先對(duì)單片機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片等進(jìn)行初始化，讀時(shí)鐘的日期和時(shí)分，記錄開(kāi)測(cè)日期和時(shí)分并開(kāi)始對(duì)三相電壓電流進(jìn)行采樣，根據(jù)相應(yīng)的參數(shù)計(jì)算無(wú)功投切相應(yīng)參數(shù)，通過(guò)該參數(shù)確定系統(tǒng)是否需要調(diào)用無(wú)功投切子程序，如果需要?jiǎng)t調(diào)用該子程序；如果不需要執(zhí)行該程序，則判斷時(shí)間是否到達(dá)一分鐘并執(zhí)行讀表指令，判斷該指令內(nèi)容，繼而循環(huán)此過(guò)程；軟件采用C語(yǔ)言編寫和結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)程序，在集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中完成，再經(jīng)過(guò)不斷地調(diào)試、修改、仿真。最后，通過(guò)上位機(jī)軟件完成對(duì)配電參數(shù)的監(jiān)測(cè)。