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嵌入式單片機電力系統應用技術分析論文
摘要：作為當前生產生活的最主要功能途徑，電力系統在社會正常運作中扮演者極為重要的角色。但是由于人們對電能的過度需求，電力系統常常面臨著較大的負荷，如果長時間處于超負荷狀態，極有可能使整個電力系統發生故障、癱瘓，部分電氣設備的損壞，造成較大的經濟財產損失甚至是人員傷亡。對此，建立智能化的電力系統檢測裝置成為了當前亟待解決的重要課題。本文便將以嵌入式單片機作為切入點，分析基于嵌入式單片機的智能電力監控系統的設計方法。
關鍵詞：嵌入式單片機；智能化；電力監測
單片機作為當前使用頻次最高的微型控制器，不僅能夠勝任大多計算機所能夠完成的任務，同時也具有更好的便攜性與適應性，對于某些特殊情況甚至擁有比傳統計算機處理方式更好的處理效果。以電力系統的監測工作為例，以單片機為基礎設立嵌入式系統，能夠有效提高電力系統監控工作的精度、效率、時效性以及可靠性。尤其是在近些年間，單片機技術臻于成熟，使得基于嵌入式單片機的電力系統應用技術的各方面表現都能夠符合預期結果。
一、智能電力監控系統的硬件需求
�。ㄒ唬┲悄茈娏ΡO控系統所具備的功能
本文所設計的智能電力監控系統在功能上將會對電力系統的總負荷進行監測，如果監測數值超出設定的最大值，則會自動對電力系統的輸電功能進行調整，并自動預警，提醒電氣設備檢修人員對其采取相應的維修工作。對此，智能電力監控系統至少應當具備如下模塊：首先是信號采集模塊。信號采集模塊的主要功能是對電力系統的電壓與電流數值進行實時測定，并進行數據輸入；其次是信號轉換模塊。信號轉換模塊的主要功能是將采集的模擬信號轉變成為數字信號，以便單片機能夠對其進行處理；第三是信號處理模塊。該模塊以嵌入式單片機為主要工作元件，主要功能是對信號轉換模塊傳輸的數字信號進行處理，與既定的數據限值進行比對，并選取系統應當采取的合理行為。第四是數據輸出模塊。此模塊功能較為復雜，其一是對電力系統工作狀態進行調整，其二是進行信號傳輸，將電力系統工作狀態傳輸至電力系統管理人員。除了上述模塊之外，智能電力系統的硬件部分還應該包括電力供給裝置，由于電力系統本身便能夠提供足夠的電能，故該監控系統可以從電網中取電，經轉換器處理之后為單片機以及其他模塊供應穩定的低壓直流電[1]。
�。ǘ┲悄茈娏ΡO控系統的電路設計
單片機對運行電壓要求較為苛刻，一般只能適用于5V或3。3V的低壓直流電路，而電力系統多為高壓交流電，為了能夠讓單片機可以取電于電網，需要對電網電路進行調整，主要目的為降低電壓和調整頻率。為了能夠完成該項任務，可以選取二極管、電容和電阻元件組成轉換器，以電阻為分壓元件、二極管為限壓元件、電容為調頻元件，實現高壓向低壓的轉換，避免高壓對單片機造成破壞作用。除了單片機電路之外，為了能夠實現電力智能監控系統的自動報警功能，需要對報警所使用的通信電路進行設計。在通信電路中，一般需要包括集成電路、光電耦合器、電阻以及三極管元件等裝置。通信電路的總線實行拓撲結構，分別與數十個節點相連接，以便提高信號傳輸的質量，實現信號的網狀結構范圍發展，實現短時間內信號的大范圍傳播。光電耦合器的作用則是盡可能的過濾掉不需要的干擾信號，避免對所需要傳輸的信號造成影響[2]。
二、智能電力監控系統的軟件需求
（一）智能電力控制監控軟件的整體設計
對于智能電力控制系統軟件而言，其最主要的作用便是對系統工作的執行進行排序，確定每個工作步驟的執行次序。當系統被開啟之后，整個智能電力監控系統程序便開始正式運行，此時信號采集系統開始實時對電網中的電壓信號與電流信號進行測定，并將測定信號值輸入；輸入信號先通過信號轉換裝置由模擬信號轉換至數字信號，隨后才進一步傳輸至單片機處理裝置中進行處理；當單片機發現異常輸入信號之后，會根據單片機預設的系統行為方式對系統工作狀態進行控制，即關閉某段輸電網絡的正常功能，同時將預警信息傳輸至電網管理人員，通過控制中心的顯示屏或者是信息傳輸網絡發送到管理人員的移動設備上。至此，整個智能電力監控系統的工作流程結束。
（二）信號采集模塊的設計
信號采集模塊的工作模式較為復雜，首先需要將模塊進行初始化，使各個裝置的工作參數達到初始值；其次，在規定一個時間零點之后開始對電網中某一段時間內的信號進行采集。一般來說，信號采集的時間應當根據電網中信號的變化周期來進一步確定，信號采集工作也應當盡可能在一個周期內完成；當信號采集裝置獲取到電網信息中電壓與電流信息之后，不能直接將信號傳遞給單片機進行處理，而應當先對采集信號進行預處理，初步判定采集信號是否符合單片機的處理要求。如果信號質量較差或存在其他問題，則應當將此段信號舍去，對電網中的相應信號進行重新采集；如果信號通過預處理確定符合相應要求，則可以將信號傳遞至單片機進行處理，此時計時結束，采樣工作開始進入下一個工作周期。在此模塊的軟件編寫中，最值得注意的便是定時器的設置程序。定時器除了需要記錄采樣時間之外，還應該在采樣時間達到一個采樣周期之后自動中斷該節采樣工作，同時回到初始狀態。
�。ㄈ┩ㄐ拍K的設計
為了能夠更加迅速的將預警信號傳遞給管理人員，電力監控系統所使用的通信模塊大多選用主從式通信方式，眾多從機在主機的控制下完成相應的通信工作。對此，軟件程序設計要求主機能夠在某一個既定的周期向從機發送信號，并接受反饋信號。整個軟件程序需要使用到大量的if語句完成程序命令的循環[3]。
三、結語
為了能夠有效保證城市電力系統的正常工作，對電力系統進行實時監控顯得尤為必要。單片機的使用提高了電力系統監控工作的自動化程度，極大程度上減少了監控工作的人力、物力消耗，同時提升了監控的效率與精度。因而基于嵌入式單片機對電力系統監控系統進行優化將會成為日后研究的一項重點，希望本文能夠對該領域研究做出一些貢獻。
參考文獻
[1]童世華，柳盼。電力監控系統移動終端軟件的設計與實現[J]。實驗技術與管理，2018，（2）：146—151。
[2]胡朝輝，王方立。電力監控系統通信安全技術研究[J]。電子技術應用，2017，（3）：21—24。
[3]薛保平，張昌帥。電力監控系統在電力生產中的應用分析[J]�？茖W與信息化，2018，（22）：42，45。
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