摘  要： 提出以ARM9为CPU，采用目前广泛应用的工业以太网作为通信方式的电网电力参数在线监测设计方案。在掌握ARM9和以太网的基础上，构建本装置所需要的软硬件平台。本方案采用DM9000芯片来控制以太网， 经过设计验证并最终实现对电网电压电流等相关参数进行采集并传输回基站的目的。
关键词： ARM9；在线监测；以太网；DM9000

     电力系统是我国能源行业最重要的组成部分,电网系统的安全可靠运行对人们的日常生产生活起着很重要的作用。目前市场上一些电力参数测量装置大多采用单片机作为CPU,已经不能满足对实时性和高精度的要求,尤其是不能满足对其可靠性和网络通信能力的要求。基于此提出一种基于32位ARM芯片S3C2410作为处理器构成监控下位机，基于以太网传输数据的方案，该方案对电网的各项参数进行采集、处理、显示并传送到控制中心，达到对电网的实时监控、保护和数据统计的目的[1]。
1 系统总体设计方案
    系统主要有数据信息采集处理部分和数据传输部分，分别负责电网电压、电流等相关信号的采集和传送。系统的主要器件有S3C2410、DM9000、JTAG、JDG-0.5、LM-0.5等。其中S3C2410作为系统的核心芯片，主要负责处理整个系统协调工作；DM9000控制以太网网络传输部分；JTAG用于仿真调试；串口用于调试数据的正确采集；LZZBJ-9-10A和JDZG-10负责对电力参数进行采集；整个系统还包括电源（电压）滤波模块、系统复位模块、时钟电路等。
    基于S3C2410的数据采集与传输系统的总体设计架构如图1所示，电压、电流等模拟信号经信号处理后送至S3C2410进行A/D转换，并将转换结果存储于存储装置中，键盘/LCD用于完成所需要的参数的设置和显示，在完成数据的采集和正确的处理后，由DM9000网卡芯片控制，进行以太网相关数据信息的传输[2]。

2 硬件系统设计
    系统硬件电路分为电力参数采集模块和数据信息传输模块两个部分。监测节点的参数采样数据暂定为电压、电流和电源的频率3个参数，采样电路的原理图如图2所示。

    左边的两根线分别为电网的火线和零线。本装置所采用的采样电路中的JDZ-0.5（TV）为比较新颖的电流型电压互感器，电压互感器通过采集电网电压，转换成与之成比例的电压信号，经过合适的量纲变换后（通过调节R4、R5的大小实现采集电压的量纲变换），连接到S3C2410的A/D的第一个转换通道，电压的采样即可实现。熔断器FUSE1防止因短路或是某个器件接地造成电流增大对人身的危害。同理，LM-0.5（TA）完成电路中电流信号的采集；电路中的R6、R7完成对电流信号大小的限定，实现合适的数量级，然后输入到S3C2410的A/D转换通道的第二路输入。经过R2滤波电容C1的作用，采集到电网的频率信号，同样送入S3C2410中进行频率信号的计算和存储。
3 系统性能测试及分析
    在网卡芯片初始化探测函数执行结束后，函数将读取到DM9000网卡的ID号，包括厂商的信息和产品的信息。与DM9000网卡自身的数据进行比较，因为DM9000网卡芯片的相应数据为90000A46，探测函数将对两者进行比较，如果两者不相同，就认为网卡芯片没有正常工作[3]。
    采用串口调试助手软件观测函数的执行输出信息，器件的IP地址事先已经设置好，图3所示为DM9000网卡芯片的探测结果。

    确定DM9000初始化结束并且能够正常工作后，系统软件即可调用相应函数来实现以太网电力参数数据的发送，目的是将处理后的电压电流等信息传送给上位监控机，本设计验证时采用TCP&UDPDebug软件来验证上位机收到的电力参数数据信息。设置DM9000芯片的IP地址为：192.168.1.123；同时设置相应的端口号为：80000，做为器件端口与套接字绑定的地址，这样上位机便可以检测到DM9000芯片发来的数据信息。软件上，设置每隔10 s采集一次相关电网电力参数。经测试，观测结果如图4所示，数据能够正确并且快速完整地进行传送。作为实验阶段，实时数据采集信息内容暂时定为包括采集的电网电流、电压和实时频率3个参数[4]。

    经过多次调试和测量，最终认定该系统能够实现稳定的实时电力参数信息的采集，并且采集的实时数据具有很高的精确度，能快速地实现与上位机间的通信。同时验证发现，采集的结果与现场实地采集结果比较两者的误差极小，所以该系统最终能够稳定地实现与PC机间的以太网实时数据信息的通信。
    基于S3C2410的电信号采集与以太网传输系统电路设计简单，实时传输数据准确率高。该系统设备也可用于检测其他装置或是设备信号，如温度、流量、湿度等，其基本原理是相同的；此外以太网通过网络可以实现远程通信，只需少量人员在工作室就可以通过PC机实时检测多个监测节点的相关信息，使得以太网的工业用途非常广泛。综上所述，本系统实现了节点式的电网监控保护，有利于电网系统的分布式管理，提高电网管理自动化水平。
参考文献
[1] 秦伟，孟庆青.基于ARM处理器的数据采集系统的设计[J].自动化技术与应用，2006（10）：63-65.
[2] 段海龙.基于ARM的嵌入式以太网通讯的实现[M].北京：中国学术期刊电子出版社，2006.
[3] 李明康，静秋.嵌入式TCP/IP协议的研究与开发[J].计算机工程与应用，2002，38(16)：18-121，135.
[4] 罗浩，谢成华.一种新的基于ARM的数据采集系统设计[J].信阳师范学院学报（自然科学版），2006（02）：203-205.