關(guān)于嵌入式電量檢測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用

（文章來(lái)源：電氣新科技）

電氣設(shè)備工作時(shí)，其各部件的能耗情況可直觀反映設(shè)備的狀態(tài)。對(duì)電氣設(shè)備及相關(guān)部件進(jìn)行電量檢測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障檢測(cè)和設(shè)備狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)?；趯?duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理分析，可實(shí)時(shí)判斷出設(shè)備故障；基于對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢(shì)的分析，還可預(yù)測(cè)并預(yù)防設(shè)備故障。

對(duì)車載設(shè)備的檢測(cè)有多種應(yīng)用情況。例如：①車載門控開關(guān)門操作時(shí)間很短，只有幾秒鐘；②一般情況下，刮雨器在下雨時(shí)才工作，存在長(zhǎng)時(shí)間不運(yùn)用及突發(fā)性運(yùn)用情況；③空調(diào)工作時(shí)，存在多種運(yùn)行工況，各種工況下能耗并不一致。

在這些應(yīng)用中，可采用萬(wàn)用表、電流表、示波器等儀器進(jìn)行測(cè)量，但存在系統(tǒng)應(yīng)用受限、設(shè)備使用不便、設(shè)備價(jià)格高等因素。例如，車輛載客運(yùn)營(yíng)情況下，無(wú)法采用相關(guān)設(shè)備對(duì)目標(biāo)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，只能在車輛回庫(kù)后再進(jìn)行處理，此時(shí)，車輛狀態(tài)與載客運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)存有差異。在用電流表和萬(wàn)用表檢測(cè)門控驅(qū)動(dòng)器和電動(dòng)機(jī)能耗情況時(shí)，對(duì)幾秒內(nèi)的電量進(jìn)行檢測(cè)時(shí)間太短，測(cè)試結(jié)果無(wú)法準(zhǔn)確表征被測(cè)量物體在某一時(shí)刻的特征。

當(dāng)檢測(cè)空調(diào)運(yùn)行時(shí)的能耗情況時(shí)，電壓和電流均較大，可在屏柜內(nèi)進(jìn)行，但操作安全要求高；若采用實(shí)時(shí)無(wú)線方式，則在高效獲取大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的同時(shí)，規(guī)避了不安全的環(huán)境，并且不影響設(shè)備運(yùn)行或運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。因此，工業(yè)需求催生了可應(yīng)用于且不限于以上多種情形的嵌入式電量檢測(cè)設(shè)備。

嵌入式電量檢測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)檢測(cè)電量、無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)輸出信息等功能，可應(yīng)用于多種場(chǎng)景，如便攜式應(yīng)用、固定安裝、蓄電池供電等。嵌入式電量檢測(cè)設(shè)備由電流傳感器、低功耗嵌入式處理器、WiFi模塊和輸入/輸出模塊等組成。

系統(tǒng)采用耀華德昌的霍爾電流傳感器[1]，其接口由電源、地、信號(hào)輸出等組成。傳感器供電電壓為+5V，額定模擬量輸出為2.5V±0.625V，電流消耗小于40mA，精度為0.5%，線性度小于0.1%；輸入電流測(cè)量范圍可選，從10～100A，甚至更大范圍。對(duì)于傳感器，既可采用閉環(huán)式固定安裝，也可采用開合式懸掛安裝。

系統(tǒng)采用了集成ATSAMD21J18A處理器的SAM D21評(píng)估板。該處理器平臺(tái)集成USB接口，I/O和總線接口均通過(guò)3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展頭引出。SAM D21基于ARM Cortex-M0+處理器，最高運(yùn)行頻率可達(dá)48MHz；提供52個(gè)可編程I/O接口；集成了一個(gè)12位，350ksps（采用點(diǎn)/秒）的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可同時(shí)采樣20個(gè)通道。

系統(tǒng)采用WINC1500 WiFi功能模塊，支持802.11 b/g/n標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行于2.4G ISM頻段。該模塊通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展頭與SAM D21連接。在設(shè)備使用無(wú)線通信功能時(shí)，需要有WiFi覆蓋，設(shè)備采用無(wú)線通信方式連接至公共網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器。系統(tǒng)通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)功能選擇和參數(shù)設(shè)定，采用發(fā)光二極管（light emitting diode, LED）和液晶顯示器（liguid crystal display, LCD）顯示系統(tǒng)信息。輸入/輸出模塊通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展頭與SAM D21連接。

相較于通用的電流檢測(cè)裝置和示波器，嵌入式電量檢測(cè)設(shè)備更貼合具體實(shí)際工程的應(yīng)用需求，具有系統(tǒng)成本低、采集精度優(yōu)、速率高、安裝簡(jiǎn)易和使用方便等特點(diǎn)。該設(shè)備具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)打印和數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸功能，還具有通用性，依據(jù)應(yīng)用需求，可進(jìn)行功能定制。

針對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)用，該平臺(tái)需通過(guò)WiFi節(jié)點(diǎn)連接至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，采用HTTP等方式實(shí)時(shí)提交監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。針對(duì)檢測(cè)應(yīng)用，可將數(shù)據(jù)通過(guò)WiFi方式提交至服務(wù)器，也可通過(guò)超級(jí)終端方式將檢測(cè)數(shù)據(jù)打印至配套的電腦終端，再通過(guò)電腦軟件對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，由技術(shù)人員結(jié)合相關(guān)專業(yè)知識(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析。

該系統(tǒng)針對(duì)一定的應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)了對(duì)電量檢測(cè)、交流頻率檢測(cè)和交直流電流檢測(cè)。對(duì)于更廣泛的應(yīng)用，還需進(jìn)一步優(yōu)化相關(guān)算法和驗(yàn)證相關(guān)參數(shù)。
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