摘要：作為當前生產生活的最主要功能途徑，電力系統在社會正常運作中扮演者極為重要的角色。但是由於人們對電能的過度需求，電力系統常常面臨著較大的負荷，如果長時間處於超負荷狀態，極有可能使整個電力系統發生故障、癱瘓，部分電氣裝置的損壞，造成較大的經濟財產損失甚至是人員傷亡。對此，建立智慧化的電力系統檢測裝置成為了當前亟待解決的重要課題。本文便將以嵌入式微控制器作為切入點，分析基於嵌入式微控制器的智慧電力監控系統的設計方法。
關鍵詞：嵌入式微控制器；智慧化；電力監測
微控制器作為當前使用頻次最高的微型控制器，不僅能夠勝任大多計算機所能夠完成的任務，同時也具有更好的便攜性與適應性，對於某些特殊情況甚至擁有比傳統計算機處理方式更好的處理效果。以電力系統的監測工作為例，以微控制器為基礎設立嵌入式系統，能夠有效提高電力系統監控工作的精度、效率、時效性以及可靠性。尤其是在近些年間，微控制器技術臻於成熟，使得基於嵌入式微控制器的電力系統應用技術的各方面表現都能夠符合預期結果。
一、智慧電力監控系統的硬體需求
（一）智慧電力監控系統所具備的功能
本文所設計的智慧電力監控系統在功能上將會對電力系統的總負荷進行監測，如果監測數值超出設定的最大值，則會自動對電力系統的輸電功能進行調整，並自動預警，提醒電氣裝置檢修人員對其採取相應的維修工作。對此，智慧電力監控系統至少應當具備如下模組：首先是訊號採集模組。訊號採集模組的主要功能是對電力系統的電壓與電流數值進行實時測定，並進行資料輸入；其次是訊號轉換模組。訊號轉換模組的主要功能是將採集的模擬訊號轉變成為數字訊號，以便微控制器能夠對其進行處理；第三是訊號處理模組。該模組以嵌入式微控制器為主要工作元件，主要功能是對訊號轉換模組傳輸的數字訊號進行處理，與既定的資料限值進行比對，並選取系統應當採取的合理行為。第四是資料輸出模組。此模組功能較為複雜，其一是對電力系統工作狀態進行調整，其二是進行訊號傳輸，將電力系統工作狀態傳輸至電力系統管理人員。除了上述模組之外，智慧電力系統的硬體部分還應該包括電力供給裝置，由於電力系統本身便能夠提供足夠的電能，故該監控系統可以從電網中取電，經轉換器處理之後為微控制器以及其他模組供應穩定的低壓直流電[1]。
（二）智慧電力監控系統的.電路設計
微控制器對執行電壓要求較為苛刻，一般只能適用於5V或3。3V的低壓直流電路，而電力系統多為高壓交流電，為了能夠讓微控制器可以取電於電網，需要對電網電路進行調整，主要目的為降低電壓和調整頻率。為了能夠完成該項任務，可以選取二極體、電容和電阻元件組成轉換器，以電阻為分壓元件、二極體為限壓元件、電容為調頻元件，實現高壓向低壓的轉換，避免高壓對微控制器造成破壞作用。除了微控制器電路之外，為了能夠實現電力智慧監控系統的自動報警功能，需要對報警所使用的通訊電路進行設計。在通訊電路中，一般需要包括積體電路、光電耦合器、電阻以及三極體元件等裝置。通訊電路的匯流排實行拓撲結構，分別與數十個節點相連線，以便提高訊號傳輸的質量，實現訊號的網狀結構範圍發展，實現短時間內訊號的大範圍傳播。光電耦合器的作用則是儘可能的過濾掉不需要的干擾訊號，避免對所需要傳輸的訊號造成影響[2]。
二、智慧電力監控系統的軟體需求
（一）智慧電力控制監控軟體的整體設計
對於智慧電力控制系統軟體而言，其最主要的作用便是對系統工作的執行進行排序，確定每個工作步驟的執行次序。當系統被開啟之後，整個智慧電力監控系統程式便開始正式執行，此時訊號採集系統開始實時對電網中的電壓訊號與電流訊號進行測定，並將測定訊號值輸入；輸入訊號先通過訊號轉換裝置由模擬訊號轉換至數字訊號，隨後才進一步傳輸至微控制器處理裝置中進行處理；當單片機發現異常輸入訊號之後，會根據微控制器預設的系統行為方式對系統工作狀態進行控制，即關閉某段輸電網路的正常功能，同時將預警資訊傳輸至電網管理人員，通過控制中心的顯示屏或者是資訊傳輸網路傳送到管理人員的移動裝置上。至此，整個智慧電力監控系統的工作流程結束。
（二）訊號採集模組的設計
訊號採集模組的工作模式較為複雜，首先需要將模組進行初始化，使各個裝置的工作引數達到初始值；其次，在規定一個時間零點之後開始對電網中某一段時間內的訊號進行採集。一般來說，訊號採集的時間應當根據電網中訊號的變化週期來進一步確定，訊號採集工作也應當儘可能在一個週期內完成；當訊號採集裝置獲取到電網資訊中電壓與電流資訊之後，不能直接將訊號傳遞給微控制器進行處理，而應當先對採集訊號進行預處理，初步判定採集訊號是否符合微控制器的處理要求。如果訊號質量較差或存在其他問題，則應當將此段信號舍去，對電網中的相應訊號進行重新採集；如果訊號通過預處理確定符合相應要求，則可以將訊號傳遞至微控制器進行處理，此時計時結束，取樣工作開始進入下一個工作週期。在此模組的軟體編寫中，最值得注意的便是定時器的設定程式。定時器除了需要記錄取樣時間之外，還應該在取樣時間達到一個取樣週期之後自動中斷該節取樣工作，同時回到初始狀態。
（三）通訊模組的設計
為了能夠更加迅速的將預警訊號傳遞給管理人員，電力監控系統所使用的通訊模組大多選用主從式通訊方式，眾多從機在主機的控制下完成相應的通訊工作。對此，軟體程式設計要求主機能夠在某一個既定的週期向從機發送訊號，並接受反饋訊號。整個軟體程式需要使用到大量的if語句完成程式命令的迴圈[3]。
三、結語
為了能夠有效保證城市電力系統的正常工作，對電力系統進行實時監控顯得尤為必要。微控制器的使用提高了電力系統監控工作的自動化程度，極大程度上減少了監控工作的人力、物力消耗，同時提升了監控的效率與精度。因而基於嵌入式微控制器對電力系統監控系統進行優化將會成為日後研究的一項重點，希望本文能夠對該領域研究做出一些貢獻。
參考文獻
[1]童世華，柳盼。電力監控系統移動終端軟體的設計與實現[J]。實驗技術與管理，2018，（2）：146—151。
[2]胡朝輝，王方立。電力監控系統通訊安全技術研究[J]。電子技術應用，2017，（3）：21—24。
[3]薛保平，張昌帥。電力監控系統在電力生產中的應用分析[J]。科學與資訊化，2018，（22）：42，45。