基于ATT7022B高精度智能電表的設(shè)計(jì)

1、電子電路2010年第23卷第2期ElectronicSci1&Tech1/Feb115,2010基于ATT7022B高精度智能電表的設(shè)計(jì)崔娟,李平舟,孫磊,姬志國(西安電子科技大學(xué)理學(xué)院,陜西西安710071)摘要提出一種基于多功能防竊電基波諧波三相電能計(jì)量芯片ATT7022B和低功耗單片機(jī)STC89C51的電表實(shí)現(xiàn)方案。該設(shè)計(jì)用高精度計(jì)量芯片ATT7022B進(jìn)行電壓、電流、電量等各項(xiàng)參數(shù)的采集,設(shè)計(jì)的電能表具有高精度、低功耗、防竊電等特點(diǎn)。所設(shè)計(jì)的電能表也可作為配電監(jiān)控終端單元,同時具有靈活的遠(yuǎn)程校表功能。關(guān)鍵詞計(jì)量芯片ATT7022B;電能表;鐵電存儲器中圖分類號TN43文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編

2、號1007-7820(2010)02-046-DesignoftheHigh2precisionWatt2houronICuiJuan,Li(Schoolofan710071,China)AbstractAdesign22watt2hourmeterisproposedbasedonhigh2precisionICATT7022Bandlisusedtocollectparameterssuchasvoltage,current,pow2erandsoadvantagesoffeatureshighprecision,low2powerconsumptionandstealingpowerpr

3、evention,beusedasdistributionmonitoringterminalunit.softwareregulation.KeywordsICATT7022B;watt2hourmeter;FRAMThesystemfeaturesagileremote隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的實(shí)施,進(jìn)一步促進(jìn)了電能質(zhì)量問題的研究及其檢測裝置的研制,以往采用多個采樣模塊加上多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和高分辨率的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器構(gòu)成一個同步采樣模塊的方式逐漸被帶DSP功能的專用高精度計(jì)量芯片所替代。與傳統(tǒng)電表相比,本文方案采用低功耗單片機(jī)STC89C51和炬力公司的三相電能專用計(jì)量

4、芯片ATT7022B來實(shí)現(xiàn)防竊電電能表,具有高精度、低功耗、防竊電等特點(diǎn),用RS485通信可以方便遠(yuǎn)程抄表,遠(yuǎn)程校表等功能。及所有包括基波、諧波和全波的各項(xiàng)電參數(shù)測量的數(shù)字信號處理電路,能夠測量各相及合相包括基波、諧波和全波的有功功率、無功功率、視在功率、有功能量以及無功能量,同時還能測量頻率、各相電流及電壓有效值、功率因數(shù)、相角等參數(shù),提供兩種視在能量(PQS,RMS)。ATT7022B的內(nèi)部框圖如圖1所示,內(nèi)部主要包括模擬信號采樣、數(shù)字信號處理及SPI通信接口等電路。1電能計(jì)量芯片ATT7022B111ATT7022B的功能及結(jié)構(gòu)ATT7022B是一款多功能防竊電三相電能計(jì)量專用芯片,該芯

5、片適用于三相三線和三相四線的應(yīng)1用。它集成了7路二階slgma-deatlADC,其中3路用于三相電壓采樣,3路用于電流采樣,還有1路可用于零線電流或其他防竊電參數(shù)的采樣、輸出采樣數(shù)據(jù)和有效值,使用方便。它集成了參考電壓電路以收稿日期:2009205231作者簡介:崔娟(1982-),女,碩士研究生。研究方向:目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性,傳感技術(shù),數(shù)字信號處理。圖1ATT7022B的內(nèi)部框圖46崔娟,等:基于ATT7022B高精度智能電表的設(shè)計(jì)電子電路流、電壓互感器、抗混疊濾波器和參考電壓輸入電路組成。從互感器出來的信號,經(jīng)過濾波處理后,消除了干擾信號,再疊加上一個參考電壓信號,即可送入ATT7022

6、B的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣,如圖2所示。112ATT7022B數(shù)據(jù)采集計(jì)量模塊的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集計(jì)量模塊的設(shè)計(jì)是以電能計(jì)量芯片ATT7022B為核心,包括電壓及電流模擬輸入、脈沖輸出、電源及SPI通信接口等電路的設(shè)計(jì)。模擬輸入電路設(shè)計(jì)2:該部分電路主要由電圖2電壓模擬輸入圖和電流模擬輸入圖SPI通信接口電路設(shè)計(jì):ATT7022B內(nèi)部集成了一個SPI串行通信接口,通過該接口可方便的實(shí)現(xiàn)與外部微處理器的通信。SPI口包含2條控制線和2條數(shù)據(jù)線,分別為CS,SCLK,DIN和DOUT。ATT7022B與外部MCU的SPI通信接口,如圖3所示。計(jì)、主控制模塊(MCU)設(shè)計(jì)、電源模塊設(shè)計(jì)等3部分,如圖4所示。

7、圖4系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖圖3ATT7022BSPI通信接口212存儲器的選擇2硬件系統(tǒng)構(gòu)成及主要模塊211系統(tǒng)基本原理該系統(tǒng)主要以單片機(jī)STC89C51為控制核心。三相電壓電流通過電壓互感器,電流互感器轉(zhuǎn)換后,接入三相專用電能計(jì)量芯片ATT7022B實(shí)時采集變壓器的參數(shù),通過SPI接口將采集的各種參數(shù)送入單片機(jī)STC89C51;同時,單片機(jī)通過串口建立通信,將數(shù)據(jù)上傳到中心站,可以根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行開關(guān)量的采集。電能表的硬件設(shè)計(jì)分成數(shù)據(jù)采集計(jì)量模塊設(shè)3在電表中一個重要的問題就是數(shù)據(jù)的保存,數(shù)據(jù)的存儲不但要正確而且還要及時,如果檢測到的數(shù)據(jù)不能及時寫入存儲器或者是寫入錯誤,都會使電能表的精度大為下降

8、,在傳統(tǒng)的電子電表中,多采用電可擦除可編程存儲器(EEPROM)來保存。但是EEPROM速度慢,有10ms的寫周期,掉電后必須有掉電檢測電路,這樣會使測到的數(shù)據(jù)不可靠,EEPROM的擦寫次數(shù)比較少,不能及時地輸入數(shù)據(jù)。鑒于EEPROM4有以上的缺點(diǎn),本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了鐵電存儲器47電子電路FM3104,解決了上述問題。FM3104具有非易失性、崔娟,等:基于ATT7022B高精度智能電表的設(shè)計(jì)擦寫次數(shù)多、速度快、功耗低的特點(diǎn)。鐵電存儲器與微處理器的接口電路設(shè)計(jì)如圖5所示,應(yīng)用本方案使硬件電路簡化,而且提高了精度。抄表。總線驅(qū)動芯片選用SN65ALS176D完成RS485通信收發(fā)功能。3軟件設(shè)計(jì)

9、采用模塊化設(shè)計(jì)思想,單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序、初始化程序、ATT7022B復(fù)位程序、SPI通信程序、數(shù)據(jù)采集程序和數(shù)據(jù)發(fā)送程序。系統(tǒng)還包括3個中斷程序:ATT7022B異常判定中斷程序、定時中斷程序和串口通信中斷程序。4結(jié)束語ST,利用專用計(jì)、無,以及電、相位、頻率等電參數(shù)的準(zhǔn)確測量。電表的線路設(shè)計(jì)簡單、計(jì)量精度高。此電表目前已經(jīng)投入批量生產(chǎn),運(yùn)行良好。參考文獻(xiàn)1炬力集成電路設(shè)計(jì)有限公司.ATT7022B用戶手冊Z.圖5鐵電存儲器FM3104與微處理器的接口電路設(shè)計(jì)213系統(tǒng)的其它部分模塊液晶顯示和RS485,采用VAF505構(gòu)成電源模塊,為系統(tǒng)提供抗干擾性和可靠性的直流電源。為了達(dá)到好的

10、顯示效果,采用北京青云公司生產(chǎn)的LCM12864P中文液晶顯示模塊,該顯示模塊可實(shí)現(xiàn)漢字、ASCII碼、點(diǎn)陣圖形的同屏顯示,廣泛用于各種儀器儀表、家用電器和信息產(chǎn)品上作5為顯示器件。RS485通信接口允許在簡單的一對雙絞線上進(jìn)行多點(diǎn)、主從式半雙工通信,它所具有的噪聲抑制能力、數(shù)據(jù)傳輸速率、傳輸距離以及可靠性等是其他標(biāo)準(zhǔn)所無法比擬的。本終端采用RS485總線與外部電能表進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程(上接第32頁)珠海:炬力集成電路設(shè)計(jì)有限公司,2005.2洪耀鵬.計(jì)量用電流互感器的選擇與使用J.電子標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量,2004(8):42-44.3杜瓊.電子式電能表技術(shù)研發(fā)以及應(yīng)用J.電子質(zhì)量,2004(6):17-19.4深圳華胄科技有限公司.鐵電存儲器數(shù)據(jù)手冊Z.深圳:深圳華胄科技有限公司,2006.5程凱.RS-485總線理論的應(yīng)用與分析J.中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào),2003(5):753-758.(12):1-3.路絕緣子串電位分布計(jì)算和均壓環(huán)設(shè)計(jì)J.中國電力,2006,39(1