摘要：根据三星公司的ARM11芯片S3c6410和可取舍可移植的Linux操作体系，调配51单片组织建嵌入式Web服务器，完结对电网的监控。该体系可完结多路电网欠压、过压状况的断定，并实时地收集环境画面和温度，选用TCP／IP通讯协议衔接到长途核算机上，完结了在长途核算机使用Web页面的方法动态显示电网状况、温度和环境画面等信息的功用。
关键词：ARM；嵌入式体系；Web服务器；电网监控
跟着核算机技能的飞速开展，嵌入式体系已经成为核算机技能范畴的一个非常重要的组成部分，遍及使用于商业和作业范畴的以太网也逐步进入了操控方面；在工业操控范畴，智能设备、仪器仪表和传感器方面均有向嵌入式网络化设备过渡的趋势，所以以太网与监控的结合已经成为一种必定。只要在嵌入式设备中配上网络通讯接口协议，得到TCP／IP协议的支撑接入Internet网络，便可完结数据的监测以及同享。而跟着经济的迅速开展，用电量剧增，使得对电网的监控提出了更高的要求。
规划了一种电网的长途监控体系，该体系结合51单片机以及嵌入式传感器进行数据收集与处理，组建成一个小型的Web服务器直接将各项数据(包含三相电状况、温度、外界实时画面等)，经过Internet供给给客户机，完结对电网的实时监测与故障诊断功用。该体系配置灵敏便利，又很好的完结了资源的同享，具有极为广泛的使用远景。
1 嵌入式技能在电网监控体系中的使用
根据ARM—Web技能的电网监控体系的效果首要是监测各路电网的状况(正常、过压、欠压)以及环境的温度，连同实时画面上传到Inter net网络，用户在取得登陆权限后，就可以长途观测配电柜的各项参数，电网监控体系整体结构框图如图1(注：U1a，U1b，U1c别离为电网U1的a，b，c三相电压，电网U2同U1类似)。
因为各电网的三相电电气特性类似，所以本文只针对其间的一相电打开。
电网的各相电经过电压转化电路、采样调度电路后，得到各相电的状况信息量，51单片机经过对各状况信息量的接纳与逻辑判别进程后，将终究的电网状况连同环境温度信息经过485总线一起传给上位机S3c6410，上述电路构成一个节点，经过给上位机调配别的的节点后，可完结对电网节点网络的监测。上位机S3c6410搭载USB摄像头，可完结对上位机邻近外界环境实时画面的捕捉，搭载温度传感器后，完结对上位机环境温度的监测，经过DM9000A芯片和Web服务器完结对以太网的接入，终究长途用户经过浏览器完结对各电网状况及环境各参数的监测。
2 硬件电路规划
2．1 电压转化电路及采样调度电路
规划中省掉了大部分电路选用到的A／D采样部分，原因是关于50 Hz频率沟通电压电流进行采样，需求较高采样频率(几兆到十几兆赫兹)，经过对此查阅相关材料后得出，DSP以高速的数据才干显得很是优胜，可是DSP芯片及其外围电路的本钱比较单片机要高许多，归纳考虑后，省掉了A／D转化部分。之所以不选用将调度过的信号直接接入到ARM芯片上，是为了尽量多的节约ARM芯片上资源。关于三相电网的每一相状况都需求51单片机对应的2个I／O完结，总工需求6个I／O，假如配电柜内存在多个三相电网需求检测，经调度后直接接入ARM芯片，将会占去许多额定的资源，并且不利于长间隔的数据传输。
如图2，电网的220VAC电压由R1、R2两头输入，经变压器和分压电阻后，经过调度可变电阻R4，可以最大极限的减小电阻差错或许变压器漏磁等状况带来的误差，终究在a1端输出10 VAC左右的电压，采样电路接纳电压转化电路输出的10V沟通电，经两级滤波后，沟通电的起伏将变得很滑润，近似直流电，再经分压进程，输入到运算比较器的负极，经过设定电路中各分压电阻以及基准电压的值，当呈现过压或许欠压状况时，原酸比较器的输出端将由高电平转为低电平。
经过试验，将过压基准设为4．70±0．01 V，欠压基准设为2．40±0．01 V。
2．2 温度和视频采样电路
温度收集传感器选用PT100，铂热电阻，阻值跟着温度的改动而改动。PT后的100即表明它在0℃时阻值为100 Ω，在100℃时它的阻值约为138．5 Ω。其RT曲线图如图4，当PT100在0摄氏度的时分他的阻值为100 Ω，它的阻值会跟着温度上升而成近似匀速的增加。但他们之间的联系并不是简略的正比的联系，而更应该趋近于一条抛物线。常见的PT100感温元件有陶瓷元件，玻璃元件，云母元件，它们由铂丝别离绕在陶瓷骨架，玻璃骨架，云母骨架上再经过杂乱的工艺加工而成。经过对PT100两头电压的收集，经AD0809转化芯片后，接入51单片机，终究完结对节点环境温度的收集。作业原理如图5，详细电路原理不再详细介绍。
视频收集方面使用zc301型摄像头接入S3c6410的USB接口，选用开源代码mipeg-streamer完结，首要完结对上位机S3c6410外界环境画面的实时收集功用。
2．3 51单片机电路
电网的采样监测功用由采样调度电路和51单片机调配完结，经过模仿电路的调度进程，得到51单片机I／O口可以辨认的凹凸电平(高电平大约为+5V，低电平大约为0V)，51单片机经过辨认输入电平，断定电网每一相电的作业状况。为了进步精确度，电网的每一相电的状况断定对应51单片机的2个I／O口，一个I／O口用来断定该相是否过压，另一个I／O口用来断定该相是否欠压，经过组合逻辑判别，完结对该路电网正常，欠压和过压三态的断定。51单片机归纳逻辑联系如表1所示。
2．4 外围通讯接口电路
外围通讯接口电路的规划首要由485总线接口电路，USB接口电路和以太网接口电路3部分组成。
1)485总线是典型的串行通讯规范，1．RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+(2～6)V表明；逻辑“0”以两线间的电压差为-(2～6)V表明。RS-485的数据最高传输速率为10 Mbps。RS485接口组成的半双工网络一般只需二根连线，所以RS485接口均选用屏蔽双绞线传输。选用平衡驱动器和差分接纳器的组合，抗共模搅扰才干增强，即抗噪声搅扰性好。最大传输间隔规范值为4 000英尺(约1 219 m)，实际上可达3 000米，别的RS-232-C接口在总线上只答应衔接1个收发器，即单站才干。而RS-485接口在总线上是答应衔接多达128个收发器。即具有多站才干，这样用户可以使用单一的RS-485接口便利地建立起设备网络。因RS-485接口具有杰出的抗噪声搅扰性，长的传输间隔和多站才干等上述长处就使其成为首选的串行接口。
2)USB接口分为主／从2种形式，USB主形式可衔接U盘、打印机等USB接口设备，USB从形式接口可完结体系和上位机的通讯，本文首要使用USB接口完结由摄像头到ARM芯片的通讯。
3)以太网接口完结检测成果并经过网络发送给其他设备，DM9000A是集成和高效的10／100MHz自适应网卡芯片。DM9000A与ARM芯片衔接，可以经过数据、地址和操控三总线进行衔接并完结数据的转化。在对DM9000A读写之前，ARM芯片需求经过操控总线和地址总线供给DM9000A正确的读写时序，完结正确寻址。别离设置片选，作业形式后，才干完结数据的精确交流。
3 体系的软件规划
软件体系如图6所示，首要包含软件开发环境的构建、设备驱动和使用开发环境的开发。为使设备可以正常作业，SD卡，矩阵键盘，USB设备，LCD屏，网口，485总线等驱动程序均以模块的方法加载到内核中。使用程序首要分为：外围的通讯接口程序，键盘和LCD屏的操控程序等。
本电网监控体系的作业流程是首要对电网各相电的参数进行收集，然后将信号量传给51单片机，经单片机对信号量的处理后得出状况成果，再经过485总线将其传输给ARM芯片，将成果存储在EEPROM中，并可将有关参数和剖析成果嵌入到存储在EEPROM中的事前定制好的网页中，一起收集环境的温度和实时画面并上传，供客户机经过Internet网络拜访，通讯主程序流程如图7所示。
Linux下嵌入式Web服务器首要有3个：httpd、thttpd和Boa。http和Boa都支撑认证、CGI等，功用比较全。本体系以Boa调配Cgic作为服务器。Boa是一个单任务的hupd服务器，源码开发、系能高。跟着internet技能的不断开展，在嵌入式设备的办理与交互中，B／S(即Brows er／Server浏览器／服务器组织)结构成为现在的干流。经过对Boa和Cgic源代码的操作，终究得到可执行文件Boa和CGIC库libcgic.a。
经过调试辅佐程序capture和测验程序cgictest．cgi，可以验证生成CGIC库的正确性。将capture和cgictest．cgi复制到开发板的CGI程序目录下，用浏览器拜访这个Cgi文件，可以看到页面，表明CG%&&&&&%库和测验脚本都移植成功。为了可以在ARM上运转Web服务器Boa，需求完结对其运转环境、参数等进行设置，并将终究的配置文件Boa．conf置于作业目录下。
4 结束语
根据Web服务器的电网监控体系使用51单片机及采样调度电路完结对各电网状况的断定，经过485总线将成果传输给S3c6410芯片，一起收集环境温度及实时画面，S3c6410结合DM9000A芯片完结了TCP／IP协议栈，比较8位的MCU，大大的缩减了作业量，并进步了体系的可靠性。根据Web服务器的电网监控体系具有杰出的联网和信息同享的功用，也具有丈量精度高，硬件电路简略，操作简略的特色，因而本体系具有广泛的开展空间。
