采用无线单片机的高压供电监测器设计

【摘要】本文针对电压互感器和电流互感器在高电压供电监测中具有较高的绝缘要求以及较大的体积等不足，对一个完整的基于无线单片机的高压供电监测器进行了设计，因为该电路当中对数据的传输是通过无线单片机无线的方式进行的，因此彻底的分开了高压与低压侧，其不仅将高压绝缘问题的问题解决了，同时还具有更强的功能以及更小的体积。

【关键词】无线单片机;高压供电监测器;设计

为了对高电压大电流供电中的供电电流以及供电电压进行测量，就应该对电压互感器和电流互感器进行选用，由于有低压引入线和高压引出线存在于这种互感设备当中，这样就能够在监控屏当中将输送的信号显示出来。因为电压级别往往具有较大的不同，因此互感设备具有相当高的绝缘要求，最终导致设备变得十分庞大和复杂，必须要对之进行合理的优化。而无线单片机的出现将这一问题很好的解决了。

1.高压供电监测器硬件组成设计

显示记录部分以及测量部分这两部分构成了高压供电监测器的主体结构，在高压供电母线上针对测量部分进行安装，从而能够有效的进行电流检测以及高压检测;在操作人员控制室针对显示记录部分进行安装，这样就能够对监测结果予以接收，并且在显示屏上针对结果进行显示，同时还可以针对电能实施分时计算，在自身的存储芯片的那个中对数据进行保存，对以后的查询工作来说显得更加方便[1]。

1.1 测量部分的组成

如图1所示，在高压供电监视器的测量部分当中结合了信号发送电路板、电源、电压电流监测。在高压测量部分一共包括了以下几个主要的部分，也就是中间测量金属、外层接地金属、绝缘、高压导电导体。中间测量金属以及中间测量金属都具有圆筒状的三层金属结构。C1，C2，C3主要进行高压分压。磁环10和霍尔元件9一起组成了电流检测部分，由霍尔元件针对电流产生的磁场进行监测，然后使之变成相应电压值的形式。无线单片机电路板8上会接收到电压检测信号以及电流检测信号，随后经过可进一步的相应电路的转换，无线单片机在最后将其发送出去。

图1 测量部分组成结构示意图

1.2 硬件在测量部分中的设计

从图1当中我们可以发现，传感器金属按照由内到外的顺序将三个圆柱电容构成，可以由下面的公式表述其次相应的电容值[2]：

C=2πξL/In（R/r）

其中绝缘体介电系数用ξ来表示，圆柱长度用L来表示，圆半径用R来表示，内圆半径则用r来表示。

一般情况下，金属半径决定了分压值，而介电长度与介电常数则与分压值没有关系，如果以载流量为根据对需要输出的检测电压值以及载流导线进行了应用，就能够按照分压公式将其中的每一层导体半径计算出来，从而对传感器结构产生决定性作用。在磁环横截面断面上的小气隙上进行霍尔元件的安装，随着导体电流的变化，气隙磁通也会不断的变化，在这种磁通变化的作用下，霍尔元件会做出相应的反应，最后使输电电压产生变化，载流导体电流的大小就能够在这个电压当中被反映出来。在经过一级电压跟随器后，这个电压就会输入到运放组成的压控振荡器当中，从而对振荡频率的输出进行控制。这样震荡频率大小就能够准确的反应载流导体的电流大小。

2.硬件在接收及显示部分当中的设计

无线单片机CC2430是接收及显示部分电路的核心，能够对发射电路传回的信号进行接收。无线单片机首先要针对信号进行综合运算，并且将信号输送到显示部分，由显示部分对之进行显示。为了能够将电量参数保存下来，可以将一块16M的AT45DB161B―TCflansh存储器在电路中进行扩展[3]。

因为有很多的数码位数需要显示，所以显示驱动电路选用了静态驱动的方式从而保证单片机的扫描时间能够被节约下来。A相、B相、C相当中的当时的时间值、瞬时的功率因数值以及电压电流功率就能够在显示部分当中被显示出来。同时为了能够使操作者的操作更加方便，在电路当中对消警按钮、报警蜂鸣器以及功能电钮等进行了设计。

3.软件在高压供电监测器当中的设计

高压供电监测器当中的发射部分对两种发生方式进行了应用，在正常的状态下，都可以在允许的范围之内对电压及电流进行控制，于是每隔一秒单片机就要完成一次通讯，如果供电线路出现了故障，在每一个工作循环周期之内单片机仍然可以进行发送信息的工作，这样，监控器就能够对故障的状态变化进行实时的记录。通过相应的计算，单片机可以将实际供电线路中的电压电流值得出来。利用对电流中断程序中对电压采样值的采集，单片机就能够迅速而准确的对电压电流的相位关系进行判断，这样对功率和功率因数的瞬时计算就能够具备可靠的数据支撑。

计时器子程序在接收显示电路中能够将准确而科学的时间基准提供给时间的存储与显示。接收到的数据在单片机当中经过译码之后，被输送到相应锁存器进行锁存显示。与此同时，还要以串行数据存储要求作为执行标准，从而将相应地址及数据形成，然后以规定的文件存储结构作为根据，在flansh芯片当中对时间和相应测量数据进行存储，程序会在显示子程序当中以功能按钮作为根据，从而对显示内容进行判断，并且进行报警输出。

4.结语

采用无线单片机的高压供电监测器能够对无线单片机无线通信的特性进行充分的利用，不仅使设备的绝缘设计得到了简化，同时设备还可以对单片机的运算控制功能进行充分的利用，进一步的计算采集到的电压电流信号，最终将功率因数以及供电的功率计算出来，从而能够全面监控高压供电参数。由于采用无线单片机的高压供电监测器具有一系列的优势，未来必然会在高压供电参数的监测当中得到更广泛的应用。

参考文献

[1]D.A.Koval’.Some Extremum Problems for Continuous Real Functions Specified by Transducers[J].Cybernetics and Systems Analysis.2013（6）.

[2]彭建盛，梁光艳，郭留涛.基于无线单片机CC2510的高压供电监测器设计系统[J].河池学院学报，2012（02）.

[3]崔崴.基于ZigBee无线单片机CC2480的高压供电监测器构建[J].科技创新导报，2013（22）.