摘要 针对现在各地用电及收费办理不便利的问题，文中研讨了依据ARM和以太网的长途电参数丈量技能。该技能首要用于对电参数的收集和存贮。主操控器选用32位的ARM微处理器STM32F103V，接口硬件规划合作上位机显现电参数。上位机选用LabVIEW的DataSocket枝术编写完结显现功用。经过上下位机的结合，完结电能的计量，然后便利收费办理。
关键词 ARM;以太网;电参数;SPI;LabVIEW;DataSocket
跟着人们用电办理方式逐渐、向着愈加智能、高效和网络化的改进。文中结合网络技能，选用高性能的以太网操控芯片W5100，运用专用的电能计量芯片CS5460A研讨了电参数的长途传输。经过W5100嵌入以太网，能够完结数据的长途传输，有用地将经CS5460A收集的电流值、电压值及功率值传送至PC，较好地完结了电能计量和收费办理。
1 体系整体方案规划
规划选用Cirrus Logic公司专用的电能计量芯片CS5460A、WIZnet公司出产的以太网操控器W5100、ST公司推出的STM32F103V作为CPU，以及LCD显现、网络变压器911105A、RJ45接口等。体系框图如图1所示。
2 体系硬件规划
2.1 W5100及CS5460A
W5100是一款多功用的单片网络接口芯片，内部集成10/100以太网操控器，首要使用于高集成、高安稳、低成本的嵌入式体系中，能够完结没有操作体系的Internet衔接。W5100内部集成了全硬件的且经过多年实践验证的TCP/IP协议栈，一起内部还集成有16 kB存储器用于数据传输。
CS5460A是一个包括两个△∑模数转化器(ADC)、功率核算功用、电能到频率转化器、高速电能核算功用和一个串行接口的高度集成的△∑模数转化器。它能够准确丈量瞬时电压，电流和核算有功电能、无功功率、瞬时功率、IRMS、VRMS，用于研制开发单相、2线和3线电表。为便于与外部操控器间的信号传输，CS5460A集成有一个简略的三线穿行接口，该串口与SPITM兼容。
2.2 前端调度电路规划
运用互感器与精细电阻网络组成的调度电路，将电压和电流转化成为芯片能够承受的小电压、电流信号，该方案规划简略、精度高，且完结了芯片与电网阻隔，确保了芯片的安全，硬件电路如图2所示。
2.3 数据丈量及收集
2.3.1 电流和电压丈量
CS5460A能够运用电压互感器或安排比较大的分压电阻丈量电压，运用价格比较低的电流互感器或分流器丈量电流。
CS5460A具有功率核算引擎和电能-脉冲转化双通道ADC。电压通道输入引脚VIN±，两头输入一电压信号波，经10倍增益扩大器扩大，再经过2 nd△∑调制数字化。一起，电流通道输入引脚IIN±两头输入一电压信号波，为习惯不同电平的输入电压，电流通道集成有一个增益可编程扩大器(PGA)，使输入电平量程可选为±250 m VRMS或±50 m VRMS。经过4th△∑调制器来数字化。两个调制器的采样速率为MCLK/8。
两个通道都供给了一个可选的高通滤波器，参加信号通路，以在VRMS/IRMS有功功率之前除掉电流电压信号中的直流成分。
数字滤波器输入字是依据DC偏移量调整和增益校准。校准后丈量的瞬时电压，电流是有用的。RMS值是运用最近的N格瞬态电压/电流采样值核算，这些值能够从IRMS和VRMS寄存器中读出
2.3.2 功率丈量
由电功率的根本界说可知：电功率等于电压与电流的乘积
P=I×U (2)
式中，P为电功率;I为电流;U为电压。
现在对电功率丈量的办法有指针式功率表丈量法和模拟乘法器丈量法两种。
指针式丈量法丈量简略、频率响应低、精度低，且低功率因数的功率丈量表价格较高。模拟乘法器丈量法：选用专用的集成芯片进行丈量，精度高但整个外表价格较高。由电功率的界说可知，以模拟量表明的电路耗费的功率为
式中，u，i别离为瞬时值;T为累积时刻。为使电压、电流信号能被STM32体系接纳，有必要对其进行采样，以离散量表明的电功率的表达式为
其间，△t为采样间隔时刻;N为采样总次数;uk、ik为某一瞬时电压和电流的采样值。采样的值有必要经过量化，即转化为数字信号才干被核算机接纳，采样和量化的进程即为A/D转化的进程。
别的，瞬时电压/电流的采样数据相乘，得到瞬时功率。N个瞬时功率均匀核算出有功功率的值来驱动电能脉冲输出。
视在功率
S=VRMS×IRMS (5)
经过对数据的丈量和核算，把所得到的IRMS、VRMS，电流、电压或电能的瞬时值别离写入不同的数据寄存器，等候主操控器STM32的读取。
3 通讯接口的软件规划
上位机的软件规划部分，选用LabVIEW的DataSocket技能编写，DataSocket能便利地完结测验中止和现场仪器之间的数据交换，一起满意时实施、安全性的目标要求。体系软件流程图如图3所示。
3.1 客户端接纳服务器宣布的数据
客户端接纳服务器宣布的数据即DataSocket，读取W5100内部寄存器所存储数据的使用程序框图如图4所示。
数据经服务器W5100上传，经DataSocket Read控件读取再发送给长途操控面板，先在DataSocket Read侧阐明数据类型，或由变体值数据转化节点Variant ToData转化数据类型，并在PC显现，所显现数值与服务器端发送的所收集的数据共同，达到了长途监控测验体系给的意图，一起用一个写丈量文件(Write LabVIEWMeasurement File Express VI)来保存数据以便利存取和检查。在框图里，“connection in”输入的是W5100所保存的URL，而数值显现控件显现所测得的电参数。显现和保存历史数据程序框图如图5所示。
3.2 客户端给服务器传输数据
写模块的中心是DataSocket Write.vi，它在作业前需求指定URL地址，VI每次从上一步接纳数据后构成数据包并发送到意图地址。能够把经过DataSocket Read读取到的并现已保存的历史数据经DataSocket Write将数据写入到服务器，而服务器端则经过DataSocket Read从服务器上读取长途操控信号，然后依据操控信号功用完结不同的操控功用，进行显现并保存。程序框图如图6所示。
4 完结进程及规划成果
详细完结进程为：前端电路调度模块把所输入的大电压信号转变为CS5460A能够承受的小电压信号，以差模电压或电流的方式输入进去，CS5460A依据采样电路输入的瞬时电压、瞬时电流及瞬时功率由SPI串口传送至主操控器STM32F103，电压或电流信号经过STM32F103丰厚的外围接口进行输入或经过外部DataBus输入，然后再用STM32处理器对传输的电流或电压数据进行预处理，再经过SPI接口把数据传递给W51 00芯片以完结网络协议的处理，最终经过网络衔接端口把信号传输到PC机，然后完结长途人机互动。
5 结束语
以依据ARM Cortex—M3的微处理器STM32F103VET6为主操控器，经过电量丈量专用芯片CS5460A完结电量的准确丈量，再运用以太网技能完结电量的监控，然后完结电参数的长途传输。长途电参数丈量技能是测控范畴开展的方向之一，各种新技能、新器材、新理论的呈现和核算机网络的飞速开展，将促进长途电参数丈量技能的开展和使用。
