0 导言
跟着社会经济和科学技术的飞速发展，电力机车、地铁和电动汽车等将得到广泛的使用。这些用电设备的电能改换与操控体系均选用双向变流设备来完结节能运转。因而，电力参数检测设备对能量的双向计量问题越来越遭到人们的重视，并已成为电能检测与计量技术发展的重要方向之一。
传统的电力参数检测设备一般都是依据单片机或DSP规划的，前者受运算速度和处理数据才能的约束，越来越难以满意现在电力参数检测设备的需求；而后者的输出操控才能又较差。为此，本文介绍了一种以ARM920T为中心并嵌入Linux操作体系的电力参数检测设备。
1体系硬件规划 电力参数检测设备的硬件部分选用嵌入式Linux操作体系和ARM结合的开发渠道，不只具有较强的数字信号处理才能，并且体系可靠性和实时性也较高，图1所示是其硬件结构框图。
1.1中心微处理器
本体系选用深圳优龙公司的ST2410为中心开发板，该板是一款依据ARM920T内核的16／32位RISC嵌入式微处理器．该处理器的作业频率高达203 MHz。
该体系充分利用ST2410丰厚的外设接口go简化了外围接口电路的规划。经过UART或USB接口都可完结宿主机与方针机的通讯，ST2410集成有一个含有采样和坚持功用的10位ADC模块，其最大转化速率为500 ksps，并且采样通道数和通道的采样次序能够经过编程来决议。该模块还具有16位模数转化成果寄存器，模数转化的发动和中止办法非常灵敏，并能够经过软件设置来发动模数转化功用，也能够经过查询或中止办法来判别其自带的8通道10位A／D转化器是否可对外部的模拟信号进行采样。别的，ST2410上还自带117个GPIO口，经过这些接口能够进行LED和按键的扩展。
此外，还嵌入了功用强大的Linux操作体系。因为Linux是自由软件，因而，用户能够自行编译内核，修正和扩大操作体系。最重要的是Linux是全面的多任务和真实的32位操作体系，其内核非常安稳、细巧灵敏、易于取舍，这些都为体系的高效安稳运转供给了根底。
1.2信号收集单元的规划
信号收集单元的作用是收集沟通电压与电流信号，它将收集的信号调理成0～3.3 V后送到处理器进行处理，以满意A／D输入要求。
（1）传感器的挑选
本规划选用的LTS25-NP多极电流传感器和IN28-P电压传感器具有反应时刻快、共模按捺比强、低温漂与频带宽、抗外界搅扰才能强、精度高、线形度好等长处。
（2）前置扩大
因为差动扩大器的输入阻抗很高，对信号源讨取的电流很小，能够进步共模按捺才能和丈量精度。因而，前置扩大器一般选用差动输入法对信号进行处理。
（3）滤波
经检测，理性负载上的电压与电流波形都不是规范的正弦波（其基波是正弦波），因而，为了得到滑润的正弦波，需求滤掉高次谐波。而要规划滤波电路，一般可选用二阶有源带通滤波电路来获得较好的滤波作用，其波形如图2所示。
（4）电平转化
电流传感器LTS25-NP的输出带有2.5 V直流重量，而S3C2410芯片上A／D的输入规模为0～3.3V，因而，要规划电平转化电路，以使其消除电流传感器输出带的2.5 V直流重量，并进行电平转化，使其满意A／D端口的电压输入规模。
（5）阻隔
为了维护芯片不受外界搅扰而损坏，规划时在信号输入通道上应采纳阻隔办法。因为数据收集所得到的是模拟信号，不能用一般的光电耦合器来进行阻隔，所以，本体系选用ISO124线性光耦，该光耦具有1：1的传输比，线性度达0.1％，足以满意体系要求。
2体系软件规划
体系软件规划首要是驱动程序的编写和用户使用程序的编写两部分。
操作体系一般供给设备驱动程序来完结对特定硬件的操控，然后树立使用程序和设备之间的笼统接口，而不是使用程序直接操作硬件。设备驱动程序实践是处理和操作硬件操控器的软件，从本质上讲，是内核中具有最高特权级的、驻留内存的、可同享的底层硬件处理例程。
用户使用程序首要是针对体系要求来编写的，用以完结特定的功用。其主程序流程图如图3所示。
使用程序首要完结的功用，一是数据收集，即守时采样电压与电流信号的瞬时值；二是数据的处理和核算，便是核算电压和电流的有效值、有功功率
3 电力参数的采样与核算
为了核算电压和电流的有效值，有功功率、无功功率等电力参数，需求对电压和电流的瞬时值进行采样。现在首要有硬件同步采样、软件同步采样和异步采样三种采样办法。这三种采样办法各有所长。其间，软件同步采样由守时器中止完结，不需求专门的锁相环和同步电路，与硬件同步采样比较，该办法的结构相对简略。因而，本体系选用软件同步采样办法。其原理首要是以电网周期T为根底，来设置守时器中止时刻常数△T，使每周期等距离采样点N=256作为实践的采样数据。
3.1 电压电流有效值的核算
周期为T的电压u、电流i的有效值界说为瞬时值的平方在一个周期内的方均根值，即：
将沟通电压u在一个周期T内分为距离为△T的N个子区间，则有△T=T／N，这样，当△T满足小时，在每个子区间上的电压值改变很小（可视为常数近似用其离散值代表）。因而，电压与电流的有效值可近似表明为：
其间，uk为第k个电压采样的瞬时值，ik为第k个电流采样的瞬时值。
3.2相位角的丈量
电压u与电流i的相位角检测原理如图4所示。将u、i经整形电路变为相应的矩形脉冲u‘和i’，然后将u‘和i’送入“与”门，即可得到图4-c所示的矩形脉冲ui，其脉宽T2反比于被测信号u和i之间的相位角。T1可视为常数（10ms），这样，将ui送入微机，便可可测出相应的脉宽T2，此刻的相位角可由下式求出：
式（5）不只能核算出相位角的巨细，并且能反映能量的流向，其断定办法是当∣φ∣《90°时，能量流入；而90°《∣φ∣《180°其时，能量流出。
4电能的双向计量办法
能量的双向活动指的是用电设备电能的流入与流出。依据式（5）可判别能量的活动方向，然后别离计量流人与流出能量的多少。
4.1功率的核算
由式（3）、（4）、（5）能够得出一个周期内的视在功率Sj、有功功率Pj和无功功率Qj，其详细公式别离如下：
4.2电能的计量
一个用电设备在M个周期内所需的电能E可表明为：
式中，Pj表明第j个周期的有功功率；M表明以周期量表明的设备运转时刻。这样，由式（9）可知：
当Pj》0时，用电设备吸收能量，其值可用E1表明，一起在Pj《0时，用电设备输出能量，其值可用E2表明。
这样，别离计量吸收与开释的能量E1和E2，就能完结电能的双向计量。
5结束语
本文规划的电力参数检测设备充分利用了32位ARM处理器的运算速度快、处理数据才能强及片上资源丰厚等长处，而配以多任务操作体系Linux，则较大程度地处理了丈量精度与实时性之间的对立。一起，体系的双向计量功用，使得此体系在双向变流设备中对电力参数的检测和能量的双向计量具有重要意义。
