基于USB接口电路的远程电压监测系统

文章摘要：摘要：电网输出电压的监测是电业部门的一项重要工作。由于各变电站之间的距离较远，组建专用的计算机监测网络需要较多的资金，设备维护也有一定的困难。针对这种情况，用较低的成本开发出了基于USB接口电路的远程电压监测系统。USB接口可以连接多个不同的设备，支持热插拔，并具有自动检测的功能。介绍了USB接口电路在远程电压监测系统中的应用。从使用上看，系统运行稳定，维护方便，满足了设计要求。0 引言电力是国家的重要能源，如果电网电压不稳定，会对工农业生产、居民生活造成很大影响，为此电业部门要求定量监测电网电压。电业部门的管理形式为市供电公司管理下属各级变电站，由于各变电站之间的距离较远，组建专用的计算机网

基于USB接口电路的远程电压监测系统,标签：接口技术,微机原理与接口技术,http://www.88dzw.com

　　摘要：电网输出电压的监测是电业部门的一项重要工作。由于各变电站之间的距离较远，组建专用的计算机监测网络需要较多的资金，设备维护也有一定的困难。针对这种情况，用较低的成本开发出了基于USB接口电路的远程电压监测系统。USB接口可以连接多个不同的设备，支持热插拔，并具有自动检测的功能。介绍了USB接口电路在远程电压监测系统中的应用。从使用上看，系统运行稳定，维护方便，满足了设计要求。

　　0 引言

　　电力是国家的重要能源，如果电网电压不稳定，会对工农业生产、居民生活造成很大影响，为此电业部门要求定量监测电网电压。电业部门的管理形式为市供电公司管理下属各级变电站，由于各变电站之间的距离较远，组建专用的计算机网络需要较多的资金，设备维护也有一定的困难。针对这种情况，我们用较低的成本开发出了基于USB接口电路的远程电压监测系统。从目前使用上看，设备运行稳定，维护方便。

　　1 系统原理

　　目前各级变电站配出的电压有10 kV，4．6 kV，380 V等多种形式。这些不同的电压通过变压在变电站以220 V出现，供变电站来监测配电电压的变化。我们通过这些220 V低电压来监测各种高电压。硬件电路如图1所示。变压器T将220 V交流信号变压，得到30 V交流信号，此信号经过硅桥、电容整形为直流信号，经过可变电阻降为10 V直流电压，通过A／D转换器采集电压值，处理芯片对采集的信号进行处理，并将数据存入U盘中。当数据采集一段时间后，将U盘换下，在供电公司将U盘中的数据读入计算机，完成数据的进一步处理。数据采集由数据采集电路完成，该电路包括A／D转换器，A／D采用AD574A，数据采集在50 Hz工频电压整数倍周期时间内10次采样，计算出平均值，形成一个测量数据，测得5次测量数据，取3个中间值，以去掉干扰，然后采用滑动平均值方式计算出一个有效数据。监测的电压值由处理芯片进行处理，以2个字节补码形式存放在片内内存中，在规定的时间将一批数据存入U盘。为避免U盘多次使用后出现失效位，在向U盘入2个字节的数据时，将下一个字节写入同样的数据作为标志，当两数据相同时，说明是一组有效数据；当两数据不同时，说明内存单元烧坏，应将此两单元丢掉。

　　2 AN2131QC芯片的应用

　　USB接口是一种应用在计算机领域的新型接口技术，其目的是用USB来取代计算机现有的各种外围接口，使外围设备的连接具有单一化、即插即用、热插拔、速率高和易扩展等特点。本设计选择的控制芯片是EZ_USB系列的AN2131QC。此芯片提供了基于RAM的允许无限制设置和升级的解决方案，支持全速USB总线吞吐量的传输。在芯片内核中提供大量的辅助指令，简化了编码，同时也加快了对USB特性的开发。芯片的简化结构如图2所示。AN213lQC内部有一个核：它由串行接口引擎(SIE)和USB接口两部分组成。SIE负责和USB收发器、USB接口进行数据交换，以实现串行数据的编／解码、差错控制、位填充等与USB协议相关的功能。

　　2．1 AN2131QC的功能

　　AN2131QC是基于USBl．1的外设通信控制芯片，主要特点：(1)4时钟周期的8051内核；(2)2个快速存储器到存储器的数据传送指针；(3)扩展的中断，包含有多个USFB数据传输中断；(4)8 K内部RAM，用于存放程序和数据，支持外部存储器；(5)灵活的固件程序升级；(6)32个输入输出管道，其中同步传输支持1 024 B长度数据传输；(7)多种固件程序引导方式，方便的固件程序升级办法。

　　2．2 AN2131QC的USB传输

　　AN213lQC的USB传输分为块传输、控制传输和中断传输。USB规范允许块传输的最大数据包尺寸为8、16、32、64字节，中断数据1～64字节。AN2131QC提供了8个IN端点和8个OUT端点，每一个端点具有最大64字节的缓冲区空间。其中第2、4、6个IN和OUT端点可以和它紧接着的端点提供双缓冲区，允许8051在处理一个数据包的同时另外一个数据包在USB总线上传输，即6个端点对(USBPAIR寄存器)控制双缓冲。8051在初始化时设置14个端点有效位，并且通知AN213lQC哪一个端点有效。块数据出现在RAM中，每一个块端点保留了64字节的RAM空间，1位计数寄存器，2位控制和状态寄存器。8051能读取状态寄存器中的一位来决定端点是否为“忙”。在端点的忙位被设置时，8051不能读写端点缓冲区和字节计数寄存器。当一个端点为805l操作准备好时，AN2131QC设置一个中断清求位。AN2131QC向量中断系统根据端点自动传输控制，从中断服务子程序分离出中断请求来响应端点请求服务。

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