0 引言
隨著計算機技術和通訊技術的不斷發展，互聯網和嵌入式智能儀器得到越來越廣泛的應用。它的出現為分布式控制系統實現各節點之間實時、可靠的數據通信提供了強有力的技術支持，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。文中分析了基于LPC2132 的智能防竊電系統的設計。
1 硬件總體設計方案
依據上述對裝置的功能規劃，可將裝置設計規劃為兩部分，智能監控系統由上位機和下位機兩大部分組成，其中上位機由PC 機來實現。下位機包括由MSP430F149 構成的主控單片機、4×4 的人機接口鍵盤、繼電器控制電路和聲光電報警電路。
1.1 傳感器選型
1.1.1 電能計量芯片選擇
用電采集部分主要通過電能計量芯片AD7755 實現對電量的采集與存儲。可將一天分為48 個時間段，也就是每半個小時一個時間段，單片機將半個小時內采集到的脈沖數和半個小時內采集到的最大功率值送到數據庫服務器中，然后數據庫服務器實現實時數據更新，并且以動態網頁的形式發布出去。電量采樣電路為電能計量的關鍵電路，見圖1。
圖1 電能采樣電路
1.1.2 油溫傳感器的選取
采用鉑電阻作為變壓器油溫測量的傳感器，其測溫電路如圖2 所示。油溫傳感器用于測量變壓器的油溫，當油溫高于設定值時報警并切斷變壓器開關。
圖2 測溫電路
其參數如下：
①測量范圍：-200℃～+850℃；②允許偏差值△℃：A 級±（0.15＋0.002│t│），B 級±（0.30＋0.005│t│）；③最小置入深度：熱電阻的最小置入深度≥200 mm；④允通電流≤5 mA。
1.1.3 油位傳感器的選取
選用UZF2（側裝式）遠傳型翻柱控制液位計。磁性翻柱液位計是根據磁性原理、阿基米德（浮力定律）等原理巧妙地結合機械傳動的特性而開發研制的一種專門用于液位測量的裝置，控制型是在翻柱液位計的基礎上增加了磁控開關，在監測液位的同時磁控開關信號可用于對液位進行控制或報警；遠傳型是在翻柱液位計的基礎上增加了 4~20mA 變送傳感器，在現場監測液位的同時將液位的變化通過變送傳感器、線纜及儀表傳到控制室，實現遠程監測和控制。
1.1.4 防竊電信號的選取
整個系統上電后，主控制系統和微控制器開始自檢，初始化完畢后，如果沒有接收到遠程管理中心通過GPRS 發送的指令，測控主系統順序的讀計量表的電流和監測數據，測量變壓器油溫和油位并作數據處理，判斷計量箱門是否正常，定時接收測控子系統發送的測量和監測數據，并進行數據處理和輸出控制，同時測控子系統順序的測量電流和高壓磁套內的油溫，并監測高壓磁套內的定位電磁鐵的狀態及油位。當測控主系統接收到遠程管理中心通過GPRS 發送的指令時，對指令進行判斷以確定是變壓器內部負荷開關合閘或斷開指令，還是磁套內定位電磁鐵定位或釋放指令及計量箱門內定位電磁鐵定位或釋放指令。主測控系統把相應的指令內容發送到測控子系統并輸出控制，完成各個功能。另外，主測控系統實時的把測量的電流值和從計量表讀出的電流值在LCD 上形成兩條曲線并存儲。控制電路主要實現對計量箱內的定位電磁鐵的控制，定位電磁鐵主要實現對計量箱門的鎖定控制，當定位電磁鐵線圈的正方向通電后，電磁鐵的定位栓鎖定計量箱門，反方向通電時，電磁鐵的定位栓釋放，計量箱門可以打開。圖3 為輸出控制電磁鐵的電路圖。
當PTC3 和PTF6 均為高電平時，電磁鐵線圈的正方向通電，鎖定計量箱門，不能打開。需要打開時，使PTF7 和PTC0均為高電平，電磁鐵釋放，計量箱門可以被打開。
圖3 輸出控制電磁鐵的電路
1.2 單片機選型
設計采用基于ARM 體系結構的PHILIPS 公司的LPC2132 芯片作為數據采集終端的MCU。LP C2132 微控制器是基于一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤的32 位ARM7TDMI-SCPU，并帶有64 kB 的高速Flash 存儲器。
128 位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32 位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。遠程數據采集系統通過網絡接口模塊與以太網相連，由遠程計算機發送任務請求或由采集系統主動傳遞數據給遠程監控計算機，實現設備與Internet 的互聯。
1.3 網絡接口芯片的選擇
設計采用由Microchip Technology （美國微芯科技公司）推出的28 引腳獨立以太網控制器ENC28J60；采用RJ45接頭網線的EIA/568A 接線標準，傳輸介質使用八芯雙絞線，以RJ45 連接器為接口。
網絡接口電路的設計是根據LPC2132 與ENC28J60 的功能、時序和邏輯電平，其網絡接口電路如圖4 所示。
1.4 串行總線接口
LP C2132 有兩個UART 串行接口模塊，可以方便與串行設備相連。設計中用UART0 作為RS232 接口，用UARTI 作為RS485 接口。RS232 主要用于系統調試，也可以與采用RS232通訊方式的設備連接。RS485 作為網關的輸入輸出通道。
圖4 網絡接口電路
1.4.1 RS-232 轉換電路
設計采用SP3232E 芯片。它可以將輸入的電平轉換為標準的TTL 電平（給MCU），亦可以將輸入的TTL 電平轉換為負邏輯電平（給PC 機）。其工作電路如圖5 所示。
圖5 SP3232E 電路
1.4.2 RS485 接口電路
設計采用Sipex 公司的低壓RS485 接口芯片SP3481，只需要一個+3.3 V 電源就可以產生差動輸出需要的1.5 V 的壓差。SP348lE 工作在半雙工模式，芯片內包括一個驅動器和一個接收器，外部有8 個管腳組成。
由LPC2132 輸出的R/D 信號直接控制SP3481 芯片的發送器/接收器使能：R/D 信號為“1”，則SP3481 芯片的發送器有效，接收器禁止，此時LPC2132 可以向RS485 總線發送數據字節；R/D 信號為“0”，則SP3481 芯片的發送器禁止，接收器有效，此時LPC2132 可以接收來自RS-485 總線的數據字節。如圖6 所示。此電路中，任一時刻SP3481 芯片中的“接收器”和“發送器”只能夠有1 個處于工作狀態。
圖6 RS-485 電路連接
2 結語
隨著電子技術的廣泛應用，智能防竊電控制技術必將成為一種發展趨勢，文中提出利用網關和新型傳感器對變壓器參數進行測試。調試結果表明，該系統可靠性高、使用方便，采用上述方法建立的防竊電智能制系統具有布線簡單、系統控制器穩定、數據傳輸可靠性高等特點，在實際使用中取得了良好的效果，具有一定的推廣意義。