原标题：基于LPC2220FBD144型ARM7芯片实现配电综合测控仪的应用方案

基于LPC2220FBD144型ARM7芯片实现配电综合测控仪的应用方案

引言

随着电力系统的不断发展和智能化水平的提升，配电综合测控仪在电网运行中扮演着越来越重要的角色。它不仅需要对配电变压器或配电线路的负荷运行参数进行实时监控，还需要具备谐波检测、频率监测、电量采集及通信组网等功能。本文将以PHILIPS公司的LPC2220FBD144型ARM7芯片为核心，详细介绍一种基于该芯片的配电综合测控仪的实现方案。

一、主控芯片LPC2220FBD144介绍

1.1 主控芯片型号及特点

LPC2220FBD144是NXP（恩智浦）公司推出的一款高性价比的ARM7微控制器，它属于LPC2200系列。该芯片采用LQFP封装，引脚总数为144，封装尺寸为20x20mm。LPC2220FBD144具有多项关键特性，包括改进的冯诺依曼结构（指令和数据共用一条32位总线）、三级流水线技术、高速处理能力和丰富的外设资源。

• 处理器核心：ARM7TDMI-S，支持Thumb指令集，可减少30%的代码大小，提高代码执行效率。

• 存储器：内嵌256KB高速Flash存储器、64KB静态RAM，支持ISP（在线编程）和IAP（在应用编程）功能。

• I/O端口：共76个I/O口，支持多种功能配置，如上拉/下拉电阻、中断输入等。

• 时钟系统：内部集成振荡器，支持外部晶振和PLL（相位锁定环）倍频技术，最高工作频率可达75MHz。

• 外设接口：包括UART/USART、SPI、I²C、PWM、WDT等多种接口，便于与外部设备通信和扩展。

• A/D转换器：内置8路10位逐次逼近式A/D转换器，支持同步采样，精度高，满足实时数据采集需求。

1.2 在设计方案中的作用

LPC2220FBD144作为配电综合测控仪的主控芯片，在整个系统中发挥着至关重要的作用。它不仅是数据采集、处理和存储的核心，还负责通信接口的管理、系统状态的监控以及用户交互的实现。

• 数据采集与处理：通过内置的A/D转换器，实时采集电流、电压等模拟信号，并经过快速傅立叶变换（FFT）等算法处理，提取出频率、谐波等关键参数。

• 数据存储：利用内部Flash存储器和外部NAND FLASH存储器，实现采集数据的长期保存和快速访问。

• 通信接口管理：通过UART/USART、RS-485、RS-232等接口，实现与上位机、其他智能设备的通信，实现数据的远程传输和指令的下发。

• 系统状态监控：实时监测系统电压、温度等参数，确保系统稳定运行，并在异常情况下及时发出报警信号。

• 用户交互：通过键盘接口电路和液晶显示模块，实现用户数据的输入和测量结果的直观显示。

二、硬件设计方案

2.1 数据采集电路

数据采集电路是配电综合测控仪的重要组成部分，它负责将实时电流和电压信号转换为数字信号供主控芯片处理。本设计中的数据采集电路主要由PT（电压互感器）、CT（电流互感器）、信号整理电路和A/D转换电路组成。

• PT与CT：将高压侧的电流和电压信号转换为低压侧的信号，确保信号在安全范围内进行传输和处理。

• 信号整理电路：对PT和CT输出的信号进行滤波、放大等处理，将其转换为适合A/D转换的0～3.3V模拟信号。

• A/D转换电路：利用LPC2220FBD144内置的8路10位A/D转换器，对模拟信号进行同步采样和数字化处理。

2.2 运算处理单元

运算处理单元是配电综合测控仪的核心部分，它负责实现数据信号处理、FFT算法等关键功能。LPC2220FBD144的高性能处理器和丰富的外设资源为这些功能的实现提供了有力支持。

• FFT算法实现：通过编程实现FFT算法，对采集到的数字信号进行频谱分析，提取出频率、谐波等关键参数。

• 数据处理：对FFT运算结果进行进一步处理，如滤波、去噪等，以提高测量精度和稳定性。

2.3 数据存储单元

数据存储单元由内部Flash存储器和外部NAND FLASH存储器组成，用于存放采集的数据和程序代码。

• 内部Flash存储器：用于存储程序代码和少量关键数据，支持ISP和IAP功能，便于程序升级和数据备份。

• 外部NAND FLASH存储器：容量大、读写速度快，用于存放大量采集数据和历史数据，确保数据的长期保存和快速访问。

2.4 通信接口单元

通信接口单元是实现配电综合测控仪与上位机、其他智能设备通信的关键部分。本设计采用了RS-485和RS-232两种通信接口。

• RS-485接口：采用SP3485收发器，实现远距离、高速率的串行通信，适用于多设备组网场景。

• RS-232接口：采用SP3232E收发器，实现与PC等设备的近距离通信，便于调试和维护。

2.5 其他辅助电路

为实现测控仪的完整功能，还需设计键盘接口电路、液晶显示电路、看门狗电路等辅助电路。

• 键盘接口电路：用于用户数据的输入和设置参数的调整。

• 液晶显示电路：采用128×64点阵液晶显示屏，直观显示测量结果和系统状态。

• 看门狗电路：由MAX705构成，用于监控系统运行状态，防止程序跑飞或死机。

三、软件设计方案

3.1 系统软件架构

系统软件架构主要包括数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块、通信模块和用户交互模块等部分。各模块之间相互独立又相互关联，共同实现配电综合测控仪的各项功能。

3.2 数据采集与处理

数据采集与处理模块负责实时采集电流、电压等模拟信号，并经过A/D转换和FFT算法处理，提取出关键参数。该模块需要编写相应的驱动程序和算法程序，确保数据采集的准确性和处理的实时性。

3.3 数据存储

数据存储模块负责将采集到的数据和处理结果保存到Flash存储器和NAND FLASH存储器中。需要编写相应的文件管理系统和数据存储算法，确保数据的长期保存和快速访问。

3.4 通信与数据传输

通信与数据传输模块负责实现测控仪与上位机、其他智能设备之间的通信。需要编写相应的通信协议和驱动程序，确保数据的准确传输和指令的正确执行。

3.5 用户交互

用户交互模块负责实现用户数据的输入和测量结果的显示。需要编写相应的键盘扫描程序和液晶显示程序，确保用户能够方便地进行操作和数据查看。

四、系统测试与优化

4.1 系统测试

在系统开发完成后，需要进行全面的测试以验证其功能和性能。测试内容包括数据采集精度、处理速度、通信稳定性、用户交互友好性等方面。通过模拟实际运行环境和不同负载条件进行测试，确保系统能够稳定运行并满足设计要求。

4.2 系统优化

根据测试结果和用户反馈，对系统进行优化和改进。优化内容包括算法优化、代码优化、硬件电路改进等方面。通过不断优化和改进，提高系统的性能和稳定性，满足用户更高的需求。

五、结论

基于LPC2220FBD144型ARM7芯片的配电综合测控仪设计方案具有高效、可靠、灵活等特点。通过采用高性能的处理器和丰富的外设资源，实现了对配电变压器或配电线路的实时监控和综合管理。同时，通过软件优化和硬件改进，提高了系统的性能和稳定性，满足了电力系统对智能化、自动化管理的需求。该方案在实际应用中具有广阔的前景和重要的应用价值。