嵌入式单片机电力系统应用技术分析论文

嵌入式单片机电力系统应用技术分析论文

　　摘要：作为当前生产生活的最主要功能途径，电力系统在社会正常运作中扮演者极为重要的角色。但是由于人们对电能的过度需求，电力系统常常面临着较大的负荷，如果长时间处于超负荷状态，极有可能使整个电力系统发生故障、瘫痪，部分电气设备的损坏，造成较大的经济财产损失甚至是人员伤亡。对此，建立智能化的电力系统检测装置成为了当前亟待解决的重要课题。本文便将以嵌入式单片机作为切入点，分析基于嵌入式单片机的智能电力监控系统的设计方法。

　　关键词：嵌入式单片机；智能化；电力监测

　　单片机作为当前使用频次最高的微型控制器，不仅能够胜任大多计算机所能够完成的任务，同时也具有更好的便携性与适应性，对于某些特殊情况甚至拥有比传统计算机处理方式更好的处理效果。以电力系统的监测工作为例，以单片机为基础设立嵌入式系统，能够有效提高电力系统监控工作的精度、效率、时效性以及可靠性。尤其是在近些年间，单片机技术臻于成熟，使得基于嵌入式单片机的电力系统应用技术的各方面表现都能够符合预期结果。

　　一、智能电力监控系统的硬件需求

　　（一）智能电力监控系统所具备的功能

　　本文所设计的智能电力监控系统在功能上将会对电力系统的总负荷进行监测，如果监测数值超出设定的最大值，则会自动对电力系统的输电功能进行调整，并自动预警，提醒电气设备检修人员对其采取相应的维修工作。对此，智能电力监控系统至少应当具备如下模块：首先是信号采集模块。信号采集模块的主要功能是对电力系统的电压与电流数值进行实时测定，并进行数据输入；其次是信号转换模块。信号转换模块的主要功能是将采集的模拟信号转变成为数字信号，以便单片机能够对其进行处理；第三是信号处理模块。该模块以嵌入式单片机为主要工作元件，主要功能是对信号转换模块传输的数字信号进行处理，与既定的数据限值进行比对，并选取系统应当采取的合理行为。第四是数据输出模块。此模块功能较为复杂，其一是对电力系统工作状态进行调整，其二是进行信号传输，将电力系统工作状态传输至电力系统管理人员。除了上述模块之外，智能电力系统的硬件部分还应该包括电力供给装置，由于电力系统本身便能够提供足够的电能，故该监控系统可以从电网中取电，经转换器处理之后为单片机以及其他模块供应稳定的低压直流电[1]。

　　（二）智能电力监控系统的电路设计

　　单片机对运行电压要求较为苛刻，一般只能适用于5V或3。3V的低压直流电路，而电力系统多为高压交流电，为了能够让单片机可以取电于电网，需要对电网电路进行调整，主要目的为降低电压和调整频率。为了能够完成该项任务，可以选取二极管、电容和电阻元件组成转换器，以电阻为分压元件、二极管为限压元件、电容为调频元件，实现高压向低压的转换，避免高压对单片机造成破坏作用。除了单片机电路之外，为了能够实现电力智能监控系统的自动报警功能，需要对报警所使用的通信电路进行设计。在通信电路中，一般需要包括集成电路、光电耦合器、电阻以及三极管元件等装置。通信电路的总线实行拓扑结构，分别与数十个节点相连接，以便提高信号传输的质量，实现信号的网状结构范围发展，实现短时间内信号的大范围传播。光电耦合器的作用则是尽可能的过滤掉不需要的干扰信号，避免对所需要传输的信号造成影响[2]。

　　二、智能电力监控系统的软件需求

　　（一）智能电力控制监控软件的整体设计

　　对于智能电力控制系统软件而言，其最主要的作用便是对系统工作的执行进行排序，确定每个工作步骤的执行次序。当系统被开启之后，整个智能电力监控系统程序便开始正式运行，此时信号采集系统开始实时对电网中的电压信号与电流信号进行测定，并将测定信号值输入；输入信号先通过信号转换装置由模拟信号转换至数字信号，随后才进一步传输至单片机处理装置中进行处理；当单片机发现异常输入信号之后，会根据单片机预设的系统行为方式对系统工作状态进行控制，即关闭某段输电网络的正常功能，同时将预警信息传输至电网管理人员，通过控制中心的显示屏或者是信息传输网络发送到管理人员的移动设备上。至此，整个智能电力监控系统的工作流程结束。

　　（二）信号采集模块的设计

　　信号采集模块的工作模式较为复杂，首先需要将模块进行初始化，使各个装置的工作参数达到初始值；其次，在规定一个时间零点之后开始对电网中某一段时间内的信号进行采集。一般来说，信号采集的时间应当根据电网中信号的变化周期来进一步确定，信号采集工作也应当尽可能在一个周期内完成；当信号采集装置获取到电网信息中电压与电流信息之后，不能直接将信号传递给单片机进行处理，而应当先对采集信号进行预处理，初步判定采集信号是否符合单片机的处理要求。如果信号质量较差或存在其他问题，则应当将此段信号舍去，对电网中的相应信号进行重新采集；如果信号通过预处理确定符合相应要求，则可以将信号传递至单片机进行处理，此时计时结束，采样工作开始进入下一个工作周期。在此模块的软件编写中，最值得注意的便是定时器的设置程序。定时器除了需要记录采样时间之外，还应该在采样时间达到一个采样周期之后自动中断该节采样工作，同时回到初始状态。

　　（三）通信模块的设计

　　为了能够更加迅速的将预警信号传递给管理人员，电力监控系统所使用的通信模块大多选用主从式通信方式，众多从机在主机的控制下完成相应的通信工作。对此，软件程序设计要求主机能够在某一个既定的周期向从机发送信号，并接受反馈信号。整个软件程序需要使用到大量的if语句完成程序命令的循环[3]。

　　三、结语

　　为了能够有效保证城市电力系统的正常工作，对电力系统进行实时监控显得尤为必要。单片机的使用提高了电力系统监控工作的自动化程度，极大程度上减少了监控工作的人力、物力消耗，同时提升了监控的效率与精度。因而基于嵌入式单片机对电力系统监控系统进行优化将会成为日后研究的一项重点，希望本文能够对该领域研究做出一些贡献。

　　参考文献

　　[1]童世华，柳盼。电力监控系统移动终端软件的设计与实现[J]。实验技术与管理，2018，（2）：146—151。

　　[2]胡朝辉，王方立。电力监控系统通信安全技术研究[J]。电子技术应用，2017，（3）：21—24。

　　[3]薛保平，张昌帅。电力监控系统在电力生产中的应用分析[J]。科学与信息化，2018，（22）：42，45。

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