基于ATT7022B的多功能電能表系統(tǒng)的設(shè)計

方久齡

摘要 根據(jù)規(guī)范要求，在多功能電表的設(shè)計當(dāng)中需要采用低功耗的單片機作為硬件設(shè)備的控制器，使用精準(zhǔn)的芯片可以降低干擾，通過軟件技術(shù)的設(shè)計，可以達(dá)到最終功能的實現(xiàn)。因此這種精確度極高的多功能電表在未來具有廣闊的發(fā)展空間。

【關(guān)鍵詞】光纖通信 技術(shù)特點 應(yīng)用

由于急劇增加的電能消耗，各地區(qū)出現(xiàn)了用電不平衡的現(xiàn)象，為此就需要改進(jìn)原有的電能表設(shè)計來解決用電矛盾，伴隨著市場的需求，這種多功能電能表也隨之出現(xiàn)，其高精度和高性能的優(yōu)勢已經(jīng)開始取代機械式電表，這種電子式智能電能表也是未來發(fā)展的方向。

1 系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)框圖

1.1 電能袁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

按照DL/T614-2007的設(shè)計要求，首先需要設(shè)計系統(tǒng)的框架圖（如圖1所示），以確保其功能可以實現(xiàn)，使用485通信電路，通過軟件之間的信息交互，來實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制電表的數(shù)據(jù)回抄和計量電路調(diào)校功能，為此增設(shè)了紅外通信電路和LCD顯示電路。

1.2 多功能電表實現(xiàn)的功能

電表最基本的功能就是電能計量，多功能電表不僅具有常規(guī)的輸入和輸出的計量功能，還可以計量用戶所需要的組合無功，在累積電量外進(jìn)行對于歷史使用電量的記錄，從而有效地完成作為電能表的功能。

電能表自帶實時時鐘，這種設(shè)計可以按照所設(shè)置的時段參數(shù)進(jìn)行自動切換，根據(jù)不同時間段用電量差異采用不同的計費方式，為此就需要提高表計的精準(zhǔn)度減少日計時誤差和切換誤差。

多功能電表可以結(jié)算一定期限內(nèi)用戶的最大電能需求量，這樣便于在申請接線的時候選擇適當(dāng)?shù)墓╇娫O(shè)備，減少自己的浪費同時還可以避免因負(fù)載過大造成線路負(fù)荷過重，避免安全事故的發(fā)生。

多功能電表可以實現(xiàn)用電信息實時監(jiān)控功能，在出現(xiàn)一些緊急情況時可以實現(xiàn)自動跳閘，并以報警的方式（跳閘燈亮起、液晶顯示拉閘信息等）通知用戶。

2 硬件設(shè)計

系統(tǒng)在設(shè)計當(dāng)中需要考慮到低功耗問題，為此在控制器的選擇上可以為TI公司所生產(chǎn)的MSP430F19單片機，這種芯片本身就是一種低耗處理器，進(jìn)而會有較強的抗干擾能力。16位的總線，可以增大尋址范圍，最大可達(dá)64K。

根據(jù)可實現(xiàn)的功能要求，其硬件電路可以分為四部分，分別是電能計量、廣播校時、電源和通信。

2.1 電能計量

為了更好的滿足多功能電表的應(yīng)用，其專用計量芯片選用炬力公司出產(chǎn)的三項電能專用芯片ATT7022B，這種芯片主要是應(yīng)用于三相三線和三相四線的電路當(dāng)中，在這里是為了滿足實現(xiàn)三相多功能電表的設(shè)計要求。

首先需要對電路實行采樣處理，其數(shù)據(jù)來源是電路中的三相電壓和三相電流，電壓采樣電路在系統(tǒng)的連接方式采用互感器，這樣可以有效地將電壓信號轉(zhuǎn)化為電流信號，同時可以通過電流互感器捕捉到所產(chǎn)生的電流信號。所采樣的電路如圖2所示。

在圖2當(dāng)中所采樣電路與電流型電壓互感器是按照1：1的比例進(jìn)行選擇，通過對互感器串聯(lián)一次測的分壓電阻110KQ和并聯(lián)二次測電阻240KQ，這樣可以保證所需要采樣的電壓信號保持在o.5v左右，同時電流在互感器的選擇上為1 A/lmA，并聯(lián)一個100 Q的電阻可以有效地將采樣信號控制在O.lV左右，這樣的操作可以改變電壓所放大的倍數(shù)，使得其在最佳計量狀態(tài)下運行。

2.2 通信電路

紅外通信易被干擾，為此選用具有高發(fā)射功率的紅外發(fā)射管可以有效地提高抗干擾效果，在本設(shè)計當(dāng)中選用的是TSAL6200的高效率發(fā)射管，這種一體化的裝置可以使得光功率達(dá)到35mV，同時接收器采用了光敏二極管，通過內(nèi)置的信號放大器將信號放大，對于濾波的檢測有較強的輸出作用。

2.3 廣播校時

為了確保鐘芯片在運行當(dāng)中的精準(zhǔn)度，在軟件的設(shè)計上采用了存儲收音機的調(diào)頻方式，這樣可以提高校時的成功率，本設(shè)計當(dāng)中是使用音調(diào)編碼器LM567，并通過脈沖信號的輸出完成整個過程的校時。

2.4 電源

通過對于市電經(jīng)過降壓處理、完成整流和濾波的過程，使得最后達(dá)到5V的穩(wěn)壓電源，以此來提供電能表所需要的電源，同時需要指出電源可以從這三條相線上取電。

3 軟件設(shè)計

3.1 功能界面設(shè)計

功能界面主要是為了實現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表和遠(yuǎn)程調(diào)校的功能，為此就需要將窗口分為四部分，主要是通過電能報表進(jìn)行當(dāng)前數(shù)據(jù)的讀取，從而計算出所需電費，采用費率/時間可以對電價和實踐進(jìn)行設(shè)置，電表當(dāng)前狀態(tài)可以有效地監(jiān)控其異常問題的出現(xiàn)，并根據(jù)功能框完成上述任務(wù)操作。

3.2 電能表軟件設(shè)計

參考系統(tǒng)硬件設(shè)計，并結(jié)合MSP430F149的時鐘獨立性的特點，可以采用中斷喚醒的功能，完成主程序的設(shè)計。

4 電磁兼容設(shè)計

電磁兼容主要是為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，如為了一直電源所產(chǎn)生的噪音干擾可以利用旁路電容和退耦電容;通過干擾噪聲也可以起到防雷效果;采用接地處理結(jié)果讓其構(gòu)成閉合的賄賂，從而增強系統(tǒng)的抗干擾性。

5 測試數(shù)據(jù)

經(jīng)過裝置校對的多功能電表，需要對校表臺進(jìn)行參數(shù)測量，并統(tǒng)計最終的測量結(jié)果，內(nèi)容具體包括標(biāo)準(zhǔn)電壓、功率、電流等。

6 結(jié)束語

多功能電能表在設(shè)計當(dāng)中需要嚴(yán)格按照規(guī)范要求，采用低耗的單片機和精密度較高的計量芯片，可以完成整個項目的設(shè)計，同時為了提高校對的成功率可以采用存儲收音機的方式，結(jié)合計算機的軟件設(shè)計，可以達(dá)到最后功能的實現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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