基于MK60的智能电网部分参数采集系统设计
2016-03-09乐山师范学院杨春鹏
乐山师范学院 杨春鹏 吴 磊 蒋 强
基于MK60的智能电网部分参数采集系统设计
乐山师范学院 杨春鹏 吴 磊 蒋 强
【摘要】该论文是实现智能电网建设的前期基础工作，主要完成电压、电流等电气参数和温度、湿度等非电气参数的采集。通过JSY-MK-135交流电压电流模块、AM2305温湿度传感器和MK60单片机通过单总线通讯协议的方式采集所需要的各种参数。本系统方便实用，操作简单，可以充分的反映电网特性、电气设备工作特性以及电气设备工作环境的参数。对智能电网的实现起了非常重要的作用。
【关键词】电气参数；非电气参数；无线传输；数据采集
1 引言
发展智能电网是社会经济发展的必然条件。智能电网实现电网的安全可靠，经济高效[1]。目前智能电网的采集使用A/D采集的方式，A/D采集的方式速度比较慢且精度较低。所以本项目采用单总线的采集方式，可以很好的弥补这些缺点。
通过JSY-MK-135交流电压电流模块达到对电流、电压等电气参数的采集，之后通过AM2305温湿度传感器采集温度和湿度，AM2305主要通过单总线通讯协议的方式采集数据，因其具有校准功能，所以采集到的数据十分准确。通过以上两个模块将所需要的参数采集到，通过无线传输的方式传输到手机，在手机上可以读出所采集到的数据，并进行实时监控。所以，实现智能电网的数的监测，及时掌握电网及设备的运行情况。
图1 工作原理图
2 电气参数采集系统的设计
本系统通过JSY-MK-135交流电压电流模块进行电压、电流、功率的参数，采用工业级专业电能计算芯片，对电压、电流信号进行采集，通过高速处理器读出计量芯片提供的参数，进行数据分析、处理、储存。JSY-MK-135交流电压电流模块采用专业测量芯片，有效值测量方式，测量的精度较高。主要采集单相交流电参数，可配选不同规格单匝穿心互感器或猛铜直入式，操作简易方便。其工作原理如图1所示。
3 温湿度采集
一种拥有温湿度结合以及准确数字信号的测量的护额型传感器AM2305，它是一款数字温湿度传感器。它拥有专门的温湿度传感和数据采集技术，使产品拥有高性能的长期稳定性和卓越的可靠性。有一个测温器件和一个电容式感湿器件组成的传感器，并且连接一个8位单片机。校准系数都是经过程序储存在OTP中的，检测信号和处理比较准确。单总线接口形式，令传感器系统的合成显得十分便捷。信号的传输距离在20米左右和较小的体积和功耗是各种应用场合上的最佳选择。
3.1 电气特性
VDD=5V，T=25℃，特殊情况见表1所示。
表1 AM2305的电气特性
3.2 单总线通讯协议
单总线的通讯方式和其他的通讯方式大致相同，为了保证数据的完整性对于通讯协议比较严格。单总线芯片在数据传输过程中，每个单总线芯片都拥有唯一的地址，系统主机一旦选中某个芯片，就会保证通信连接直到复位，其他器件则全部脱离总线，在下次复位之前不参与任何通信[2]。
3.2.1 单总线通信信号类型
单总线通讯有以下几种，主机的复位脉冲、从机的应答脉冲、写0、写1、读0和读1。
下面就单总线的两种写时隙写0和写1进行简单的介绍。主要有主机写入1和0传入到从机相应的1 和0。每次的写时隙有60us的间隔。1时隙的产生方式：主机拉低总线后，接着必须在15us之内释放总线，由上拉电阻将总线拉至高电平；主机先将总线拉底，在15us内释放，将总线拉倒高电平。0时隙的产生方式为在总线被拉低后，一直保持低电平。（至少60us）。图2给为写时隙（包括1和0）时序的图形解释。
图2 单总线通讯协议中写时隙时序图
3.2.2 单总线通信的初始化
初始化序列是所有在单总线上的通信的开始，初始化序列包括复位脉冲和应答脉冲。黑色实线代表系统主机拉低总线，灰色实线代表从机拉低总线，而黑色的虚线则代表上拉电阻极爱那个总线拉高[2]。复位与应答脉冲的工作情况如图3所示。
图3 初始化过程中的复位与应答脉冲
图4 系统程序流程图
4 软件设计
系统启动之后，由MK60单片机通过温湿度传感器和交流电压电流传感器采集所需要的电气参数和非电气参数，之后利用无线传输模块进行对数据的输送，将其传输到手机上达到对各种参数的实时监控。利用上述方法达到预期的功能，实现电气参数和非电气参数的目的，实现对电气参数和非电气参数的实时监控的目的。
程序流程框图如图4所示。
MK60的部分通讯程序如下：
unsigned char Read_Sensor(void)
{
unsigned char i;
//主机拉低(Min=800US Max=20Ms)
Sensor_SDA = 0;
Delay_N1ms(2); //延时2Ms
//释放总线 延时(Min=30us Max=50us)
Sensor_SDA = 1;
Delay_N10us(1);//延时30us
//主机设为输入 判断传感器响应信号
Sensor_SDA = 1;
Sensor_AnswerFlag = 0;
// 传感器响应标志
//判断从机是否有低电平响应信号 如不响应则跳出，响应则向下运行
if(Sensor_SDA ==0)
{
Sensor_AnswerFlag = 1;
//收到起始信号
Sys_CNT = 0;
//判断从机是否发出80us的低电平响应信号是否结束
while((!Sensor_SDA))
{
if(++Sys_CNT>300)
//防止进入死循环
{
Sensor_ErrorFlag = 1;
return 0;
}
}
5 结束语
本次项目的模拟装置能基本实现电气参数与非电气参数的采集、无线数据传输，实现对各种参数的实时监控，能及时准确的反应电网中各种参数的变化情况。整个系统成本低，操作简单，数据显示稳定、及时、精确。同时利用JSY-MK-135交流电压电流模块、AM2305温湿度传感器可以使所采集的数据十分的精准。此项目的开展也对智能电网的数据采集方面有现实意义。
参考文献
[1]常泳.智能电网涉及的关键技术分析[J].价值工程,2010,29(9):217.
[2]陈志英,李光辉.单总线(1-Wire Bus)技术及其应用[J].国外电子元器件,2003,08:4.
[3]张毅刚.单片机原理及应用[M].北京:高等教育出版社,2003.
杨春鹏（1994－），男，吉林榆树人，本科，主要从事基于MK60的智能电网部分参数采集系统设计。
吴磊（1995－），男，陕西汉中人，本科，主要从事基于MK60的智能电网部分参数采集系统设计。
蒋强，博士，副教授，主要从事电力自动化研究。
通讯作者：
作者简介：
基金项目：乐山市科技局重点研究项目（项目编号：15NZD100）。
