基于以太网的电能耗用远程监控系统设计(2)

以太网

计度［２］。监控仪在显示各种测量参数的同时还将其储存在大容量的ＭＭＣ／ＳＤ卡上，当接收到上位机命令时将这些参数通过网络发送给上位机。

采用较高精度的互感器，将电网中的电压、电流变换成１Ｖ左右的交流信号，同时使监控仪与强电隔离，交流信号经过整形滤波后送入ＬＰＣ２１４８片内Ａ／Ｄ转换器，完成对电压、电流及功率因数等的测量。采用脉冲电能表测量电能实际耗用量，并通过ＬＰＣ２１４８的外部中断输入端ＥＩＮＴ３送给ＣＰＵ进行处理。ＬＰＣ２１４８片内集成了一个低功耗实时时钟，ＣＰＵ根据实时时钟提供的时间按高峰和低谷时间对耗电量进行分时计度，计算出瞬时电量、整点电量、总需量等参数。实时时钟具有自掉电保护功能，停电期间时钟不停摆，从而保证对耗电量分时计度的准确性。若耗电量超出给定总用电量，将通过片内ＤＡＣ端口输出语音报警信号。如果上位机发来拉闸命令，则通过继电器和交流接触器输出拉闸信号，限制用电。利用ＬＰＣ２１４８的

图１远程监控系统总体框图

电能耗用监控仪的安装数量和分布范围不同，与中心站的距离一般为几公里到几十公里，一台上位机与多台下位机组成分散式多机系统。为了保证上、下机之间通信的可靠性，监控仪采用ＡＲＭ核处理器为核心设计，具有嵌入式ＷＥＢ服务器［３］功能，每台监控仪分配一个确定的网络地址，可以实现无人值守自动通信。每当收到上位机发来的呼叫命令后自动将各种电能耗用监测数据发送给上位机，同时根据上位机发来的命令，决定是否继续进行耗电量监测，或者向用户发出耗电负荷超载等各种警示信息，甚至进行拉闸断电操作。

ＳＰＩ接口扩展ＭＭＣ／ＳＤ卡作为外部非易失性存储器。

所有测量参数都存储在ＭＭＣ／ＳＤ卡中，一旦收到主机呼叫可马上通过以太网发送出去。ＭＭＣ／ＳＤ卡中还可以保存监控仪的网络ＩＰ地址、网卡物理地址、以及更新的网页数据等，需要时可对卡进行及时更换。

网络接口采用Ｒｅａｌｔｅｋ公司的ＮＥ２０００兼容芯片

２电能耗用监控仪硬件设计

以ＡＲＭ核处理器ＬＰＣ２１４８［４］设计的电能耗用监

控仪硬件结构如图２所示，ＬＰＣ２１４８带有５１２ＫＢ的片内高速Ｆｌａｓｈ存储器和４０ＫＢ的片内ＳＲＡＭ，内置了

ＲＴＬ８０１９ＡＳ，它内置了１０ＢＡＳＥ－Ｔ收发器，外接一个隔离低通滤波器，通过ＲＪ－４５标准端口接入以太网。ＬＰＣ２１４８的大容量片上ＲＡＭ存储器为ＴＣＰ／ＩＰ协议

栈的实现和数据处理提供了足够的存储空间。通过网络进行数据传输之前，先要设置ＲＴＬ８０１９ＡＳ的工作方式和工作状态，通过对地址及数据端口的读写操作来完成以太网帧的接收与发送。ＲＴＬ８０１９ＡＳ内部具有远程ＤＭＡ接口、本地ＤＭＡ接口、ＭＡＣ（介质访问控制）逻辑、数据编码解码逻辑和其他端口。处理器收发数据只需对远程ＤＭＡ操作，本地ＤＭＡ接口是

ＵＳＢ２．０全速接口、２个ＵＡＲＴ、ＳＰＩ、ＳＳＰ、Ｉ２Ｃ、２个３２

位定时器、２个多路１０位ＡＤＣ、１个１０位ＤＡＣ、ＰＷＭ通道、４５个高速ＧＰＩＯ以及多达９个边沿或电平触发

的外部中断管脚，为提高应用系统的可靠性、降低功耗、减小成本等提供了方便。ＬＰＣ２１４８具有ＡＲＭ和

Ｔｈｕｍｂ指令集，采用流水线处理技术，能在执行指令

期间预处理下一条指令，极大地提高了指令执行效率，为需要快速传输数据的网络应用提供了可能。

ＲＴＬ８０１９ＡＳ与网线的连接通道，完成控制器与网线的

数据交换。

ＭＡＣ完成以下功能：当处理器向网上发送

数据时，先将一帧数据通过远程ＤＭＡ通道送到ＲＴＬ８０１９ＡＳ中的发送缓存区，然后发出传送命令；当ＲＴＬ８０１９ＡＳ发送完上一帧数据后，再开始发送当前帧数据。ＲＴＬ８０１９ＡＳ接收到的数据通过ＭＡＣ比较、ＣＲＣ校验后，由ＦＩＦＯ存到接

收缓冲区；收满一帧后，以中断或寄存器标志的方式通知主处理器。ＦＩＦＯ逻辑对收发数据作１６字节的缓冲，以减少对本地ＤＭＡ请求的频率。

ＲＴＬ８０１９ＡＳ的工作参数进行设置完毕后，系统

进入正常工作状态，执行与以太网连接的相关

图２

监控仪硬件结构图

功能。

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