一种新型同步发电机数据采集系统设计方案

3.系统的软件设计

系统的软件设计包括基于AT91SAM7A3的单片机程序和PC机应用程序设计两部分。

3.1 AT91SAM7A3单片机程序设计

以AT91SAM7A3单片机为核心的程序设计框图如图3所示。对于中断的判断和处理是该程序的核心部分。根据具体的功能需要，中断包括外部中断IRQ0、定时中断和串行中断3种。

3.1.1 外部中断IRQ0

ADE7758的IRQ脚连接AT91SAM7A3单片机的IRQ0脚，当IRQ脚被置低时，即表示ADE7758有中断产生，AT91SAM7A3单片机通过SPI口线查询中断类型，如是正常ADE7758转换结束中断，则调用相应中断服务子程序读出ADE7758中的电压、频率值和电流等数值。

3.1.2 定时中断

AT91SAM7A3单片机内部有3个定时器/计数器模块，每个模块包含3个完全相同的16位定时/计数器通道，每一个通道都可以独立编程，实现包括频率测量，事件计数，间隔测量，脉冲产生延时和脉冲宽度调制等各种功能。此处采用定时器2做一个1ms的定时器，在中断产生时，单片机通过SPI口读取有功功率、无功功率和视在功率。

3.1.3 串行中断

AT91SAM7A3内部有一组32位的串行口控制寄存器，通过设置各个寄存器的相应位可方便改变单片机的串口工作模式、波特率、齐偶、帧和过速等。本文采用8位UART，波特率为19200 bit/ s, ADE7758的标定及三相电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率、有功电能量、无功电能量、视在电能量、功率因数等测量数据，按照一定的通信规约，将上面这些数据打包成串口通信报文发送给上位计算机。

3.2 采集数据的显示

上位机程序设计是以Visual Basic 6.0 为平台[3]，利用MSComm控件，以事件驱动方式实现计算机与AT91SAM7A3之间串行通讯，完成数据的交换。上位机程序包括用户界面设计、通讯和数据处理程序等。

3.2.1上位机用户界面设计

在本系统中，设计了两个窗体（Form1和Form2）。其中Form1为主界面，主要显示实时数据和有关状态量。在Form1中设计了一个MSComm控件、两个定时器控件（Timer1，Timer2）、两个按钮控件（Command1，Command2）和一个进度条（ProgressBar）。Command1是"上送数据"按钮，即按下时开始和AT91SAM7A3通讯接收录波数据，成功接收完毕后即装载Form2并显示录波曲线。Command2是"退出"按钮，按下它则退出该应用程序。Form2为波形显示操作界面，在Form2中除了设计一个图片框控件（Picture1），用来显示图形曲线外，还有4个命令按钮他们分别是"读取文件"按钮、"打印曲线"按钮、"坐标修改"按钮和"返回"按钮，其中按下"返回"按钮返回主界面。

3.2.1 通讯和数据处理程序

设置Timer1和Timer2 的Interval属性都等于100，Timer1定时提取从串口接收来的数据并刷新主界面实时显示数据。Timer2用于控制通讯是否超时，即串口在一定时间内没有收到数据就提示错误信息。Timer1在装载主界面时Enable=True，此时Timer2的Enable=False，而Timer2在按下"上送数据"后Enable=True，此时Timer1的Enable=False。MSComm的InputMode属性为0即文本方式。对于RThreshold属性值，在正常接收实时数据时设为100而在接收录波数据时设为137。

下面以上送发电机端三相电压、电流、有功、无功、视在功率和机端频率共10个数据为例来说明通讯过程。每一个实时数据占2字节，则10个整型数据量共有20字节。换算成十六进制以文本方式发送共计40个字节。ARM和PC机的具体通讯格式为：

PC机通过定时器TIMER1每1毫秒向下位机ARM下发传送命令，该命令只包含2字节开始符

5.系统的运行与实验结果

以深圳凯旋K66计算机继电保护测试系统作为标准源，对本系统电压、电流测量精度进行试验验证。当输人端电压范围为0一100V时，测定误差小于士0.2%；输入电流范围为0-5A时，测定误差不超过士0.4%。根据交流采样远动终端技术条件的规定，此系统的准确度等级为0.5级，属于精密级测量仪表。

本文作者创新点：采用了新技术、新器件的设计思想，用三相电能专用计量芯片ADE7758代替通用AD芯片，用32位ARM芯片代替普通的8位或16位单片机，实现了对同步发电机电参数的快速测量和控制。本系统充分利用了芯片的内置功能模块，减少了外围电路，降低了成本，提高了产品的可靠性。

来源：维库开发网