基于ARM7TDMI的配电综合测控仪的设计与实现

　　0 引言

　　为了能对大量负荷进行在线监控。很多公司较早地研制了基于单片机技术，能对配电变压器或配电线路负荷运行参数、电容器投切、电量采集等进行综合监控的配电综合测控仪。但是，由于供电系统负荷的复杂性，特别是用户非线性负荷的大量使用，企业对谐波等电能质量问题越来越重视，因此，对配电综合测控仪的要求也随之提高，而且普遍要求增加谐波、频率监测和通信组网等功能。为了解决这些问题。本文以PHILIPS公司的ARM7芯片LPC2220FBD144为核心，研制出了新一代的配电综合测控仪。

　　1硬件电路设计

　　1.1硬件电路总体结构

　　本装置的硬件结构框图如图1所示，它主要由数据采集、运算处理、数据存储、键盘显示、通信接口等单元组成。其中运算处理单元是核心部分，用于实现数据信号处理、快速傅立叶变换(FFT)等功能。考虑配电综合测控仪要求的运算速度、精度、硬件资源等需要，本设计选择了PHILIPS公司的LPC2220FBD144型ARM7芯片。

　　该LPC2220FBD144芯片是LPC2200系列中性价比较好的一款ARM7芯片，采用LQFP封装，四条边上各有36个引脚。该芯片具有改进的冯诺依曼结构(指令和数据共用一条32位总线)，采用三级流水线，可以同时进行几个操作，并能使外处理和存储器系统连续操作。该芯片内嵌高达256KB的高速闪烁存储器、64 KB静态RAM、32位的算术逻辑单元、32位累加器、64位的乘法器以及精简指令集，其指令最短周期可以达到17 ns。这些特点使它的操作非常灵活，处理能力强并且速度快。由于其应用程序可以固化在CPU内部，因而不但可以降低成本、减少体积，系统升级也比较方便，而且它的功耗低、资源配置灵活，非常适用于生产现场的数据采集和处理。

　　1.2数据采集电路

　　本系统中的数据采集电路由PT与CT、信号整理和A/D转换三部分组成，实时电流和电压经过PT、CT以及信号整理电路后，可变成0～3.3 V的模拟信号，然后经模拟转换电路完成数字化处理。数据采集部分的硬件电路如图2所示(6路采集电路中的一路Ua)。

　　根据测量谐波等参数和数字抗频率混叠的要求，本装置对信号波形按每个周期128点进行采样，采样周期为156μs。ARM7内部的A/D是8路输入的10位逐次逼模一数转换器，由于它可以对电流和电压进行同步采样，而且精度比较高，所以本设计没有再使用其它外围A/D芯片。

　　1.3存储器和时钟电路

　　存储器主要由三星公司的NAND FLASH存储器芯片组成.NAND FLASH是容量为16 MB的非易失闪烁存储器芯片，可用于存放采集来的数据和已备上传的历史数据。