基于單片機(jī)的多費(fèi)率電表設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、畢 業(yè) 論 文題 目：基于單片機(jī)的多費(fèi)率電表設(shè)計(jì)Title:More rate electric meter design二 零 一二 年 六 月摘要本文以智能計(jì)量總表為研究對(duì)象，采用計(jì)量芯片ADE7758和AT89C52設(shè)計(jì)三相電能表，介紹了計(jì)量電路原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及分段計(jì)量的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。針對(duì)1035kV輸配電網(wǎng)正常負(fù)荷和超低負(fù)荷兩種情況下的精確計(jì)量，提出按功率額度實(shí)時(shí)分段計(jì)量的電能表設(shè)計(jì)方案；為了調(diào)整電力負(fù)荷曲線(xiàn)，針對(duì)用電量的時(shí)間不均衡問(wèn)題，提出復(fù)費(fèi)率分時(shí)段計(jì)量方案。ADE7758電流采樣通過(guò)電流互感器實(shí)現(xiàn)，電壓采樣通過(guò)分壓電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。采樣信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器PGAI、PGAZ和數(shù)模

2、轉(zhuǎn)換ADC后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。ADE7758對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換為瞬時(shí)功率信號(hào)。瞬時(shí)功率信號(hào)通過(guò)低通濾波器LPFZ后分離出平均功率，平均功率在能量寄存器中不斷累加。累加的能量經(jīng)數(shù)頻轉(zhuǎn)換DFC后轉(zhuǎn)換為脈沖輸出。AT89552通過(guò)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)能量的計(jì)量。本論文研究了基于高精度電能芯片ADE7758和AT89C52三相多功能工業(yè)電能表,主要內(nèi)容如下: (1)論述了本課題的意義和電能表的發(fā)展過(guò)程,并討論了電能表的發(fā)展趨勢(shì)。 (2)分析了三相多功能工業(yè)電能表的電能計(jì)量原理。 (3)研究開(kāi)發(fā)了電子式硬件電路總體設(shè)計(jì)方案,設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)電能表功能所需要的電能計(jì)量部分和控制部分。本方案主要使用各種相關(guān)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)

3、對(duì)應(yīng)各部分的功能,具有功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。 (4)提出了軟件的總體設(shè)計(jì)方案流程關(guān)鍵詞：精確計(jì)量，ADE7758，AT89C52ABSTRACTIn smart metering, metering chip ADE7758 and the AT89C52 design three-phase energy meter, introduced the measurement circuit theory, system structural characteristics, as well as the segment measured in software design an

4、d implementation. Normal load of 10-35kV transmission and distribution network and ultra-low load in both cases, accurate measurement, the measured amount of power real-time segmentation energy meter design; in order to adjust the power load curve for electricity is not balanced, The proposed multi-

5、rate sub-period measurement program.The ADE7758 Current sampling to achieve through the current transformer, the voltage sampled by the voltage divider network. Sampling the signal by the signal amplifier PGAI, PGAZ digital to analog converter ADC converted to digital signal. ADE7758 digital signal

6、processing to be converted to the instantaneous power signal. Instantaneous power signal through a low pass filter LPFZ isolate the average power, average power in the energy registers continue to accumulate. Cumulative energy is converted to the number of frequency conversion DFC pulse output. AT89

7、552 through the pulse count measurement of energy.This thesis discusses the significance of this topic and the development process of the energy meter based on the high-precision power chip ADE7758 and AT89C52 three-phase multi-function industrial power meter, the main contents are as follows: (1),

8、and discussed the development trends of the energy meter. (2) analysis of three-phase multi-function industrial energy meter power measurement principle. (3) research and development of the overall design of electronic hardware circuit design energy metering part of the energy meter function and the

9、 control section. The program uses a variety of chips to achieve the corresponding functions of each part, has a powerful, simple structure, high reliability. (4) the overall design of the software process.Keywords: accurate measurement, simulation, test, The ADE7758 on AT89C52目錄緒論11 電能表技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)22方

10、案的對(duì)比與選擇42.1計(jì)量模塊42.2單片機(jī)選擇43系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與設(shè)計(jì)要求53.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖53.2內(nèi)容顯示與設(shè)計(jì)要求64 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)及介紹84.1計(jì)量芯片ADE775885 系統(tǒng)硬件調(diào)試與功能函數(shù)定義195.1電路板規(guī)格與焊接操作195.2系統(tǒng)硬件電路測(cè)試206 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)236.1軟件總體設(shè)計(jì)236.2軟件總體流程圖246.3 計(jì)量的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)246.4 試驗(yàn)電路設(shè)計(jì)與功率理論值計(jì)算266.5 電費(fèi)的計(jì)算286.6按鍵處理與按鍵狀態(tài)檢測(cè)286.7基于ADE7758的斷相、過(guò)流、過(guò)壓檢測(cè)30總結(jié)31致謝32參考文獻(xiàn)33附錄34緒論電能表技術(shù)正向著復(fù)費(fèi)率、多功能、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)

11、展。電能計(jì)量芯片ADE7758、ATT7022B等在電能表設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，提高了電能計(jì)量精度，簡(jiǎn)化了電能表設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。隨著電能計(jì)量芯片的推陳出新，復(fù)費(fèi)率電能表、防竊電電能表、配置RS-485通信及紅外通信接口的電能表以及三相多功能電能表發(fā)展迅速。電能表的計(jì)量精度、功能擴(kuò)展、抄表方式等發(fā)生了深刻變化，電能的科學(xué)管理和合理利用進(jìn)入實(shí)施和操作階段。在這種背景下，電能表的功能、性能、以及可靠性設(shè)計(jì)等都有了顯著提高與改進(jìn)，電能表技術(shù)面臨難得的發(fā)展機(jī)遇。1 電能表技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)早在本世紀(jì)初，電子式電能表就已經(jīng)取代感應(yīng)式表，成為工商業(yè)用表的主流。隨著電力系統(tǒng)在不斷擴(kuò)展三相多功能表的應(yīng)用領(lǐng)域，三相多功能表的需

12、求呈明顯上升趨勢(shì)。功能的擴(kuò)展提升了供電部門(mén)對(duì)居民用電的現(xiàn)代化管理，為將來(lái)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模自動(dòng)抄表提供了基礎(chǔ)。其中復(fù)費(fèi)率表得到了很多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)而電力緊張的地區(qū)供電部門(mén)的青睞，復(fù)費(fèi)率表的技術(shù)因此也得以迅速提高和發(fā)展。預(yù)付費(fèi)表技術(shù)趨于完善。一方面由于供電部門(mén)加大對(duì)欠費(fèi)用戶(hù)的管理力度，使市場(chǎng)需求升溫，另一方面由于技術(shù)改進(jìn)，特別是使用了CPU卡和非接觸式卡等最新技術(shù)，使預(yù)付費(fèi)表的性能尤其是安全性和可靠性方面已逐步趨于完善。具有通信接口尤其是RS一485接口成為趨勢(shì)。隨著抄表到戶(hù)的逐步實(shí)施以及電力部門(mén)的體制改革，自動(dòng)抄表成為用戶(hù)強(qiáng)烈的需求，因此越來(lái)越多地要求電能表配備通信接口。目前的通信方式在一個(gè)或幾個(gè)方面或多或

13、少存在一些問(wèn)題，無(wú)法全面滿(mǎn)足用戶(hù)的要求。而電能表配備RS一485接口具有成熟和性?xún)r(jià)比的優(yōu)勢(shì)，適合未來(lái)采用更新、更好的通信技術(shù)，因此成為用戶(hù)目前較為理想的選擇而逐漸成為標(biāo)準(zhǔn)配置。文獻(xiàn)15進(jìn)行了RS-485電路的匹配和保護(hù)性研究，文獻(xiàn)16實(shí)現(xiàn)了PC機(jī)與RS一485總線(xiàn)多機(jī)串行通信的軟硬件設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)成為趨勢(shì)。隨著電力市場(chǎng)改造力度加大，對(duì)電能表的技術(shù)更新速度也提出了更高的要求。電能表的硬件和軟件可以采用模塊化設(shè)計(jì)，將技術(shù)相對(duì)成熟和標(biāo)準(zhǔn)的部分進(jìn)行封裝入庫(kù)，如計(jì)量模塊、電源模塊、RS485模塊、RTC模塊、顯示模塊、繼電器控制模塊、IC卡模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊等。當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)新的產(chǎn)品時(shí)，開(kāi)發(fā)人員只需要將精

14、力集中于產(chǎn)品的新模塊、新功能的開(kāi)發(fā)，以及模塊的集成上，進(jìn)而有效縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性。測(cè)量電路的集成化、模塊化是計(jì)量芯片的發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)前，各大型器件公司紛紛推出自己的計(jì)量芯片，并不斷的進(jìn)行產(chǎn)品更新?lián)Q代。比較典型的有美國(guó)ADI公司推出ADE7758計(jì)量芯片，珠海炬力公司推出的ATT7026A和北京福星曉程電子公司推出PL3223。上述三種芯片都集成了DSP數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，支持硬件和軟件兩種校表方式，計(jì)量精度高，且外圍電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。文獻(xiàn)17介紹了三種計(jì)量芯片的工作原理，比較了各自的性能指標(biāo)，為合理選擇芯片提供參考。以ADE7758計(jì)量芯片為例說(shuō)明。ADE7758是一款高精度的三

15、相電量計(jì)量芯片，可以同時(shí)處理有功、無(wú)功等多個(gè)電量參數(shù)，符合IEC61036標(biāo)準(zhǔn)。在250C條件下，有功能量計(jì)量在1000：l動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)誤差小于O.1。文獻(xiàn)19-21闡述了ADE7758計(jì)量芯片在電能表設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用。目前，我國(guó)感應(yīng)式電能表仍占據(jù)相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)。峰谷分時(shí)電價(jià)和避峰電價(jià)政策的出臺(tái)，將推動(dòng)多費(fèi)率表市場(chǎng)需求。尤其是大工業(yè)用戶(hù)，對(duì)三相多費(fèi)率表的需求，會(huì)較快增長(zhǎng)。此外，三相高精度多功能表也將得到重點(diǎn)發(fā)展。該電能表目前主要用于發(fā)電廠、變電站和各大用戶(hù)，并不斷擴(kuò)大到普通三相表用戶(hù)中。電子式電能表有多功能、高精度、多費(fèi)率、自動(dòng)抄表等優(yōu)勢(shì)，逐步成為電能表發(fā)展的主流。2方案的對(duì)比與選擇2.1計(jì)量模塊用

16、于測(cè)量電量的計(jì)量模塊：有ADE7755,ADE7751,ADE7758 其中ADE7751具有分時(shí)計(jì)費(fèi)功能，能夠在停電后一段時(shí)間內(nèi)保持正常工作，ADE7755還可提供基于輸電線(xiàn)電壓和電流計(jì)算的瞬時(shí)有功功率和平均有功功率，且精度高ADE7755中使用的唯一模擬電路是ADC和參考電壓電路。這種信號(hào)處理方法可在隨環(huán)境條件和時(shí)間變化的很大范圍內(nèi)提供優(yōu)異的穩(wěn)定性和精度。ADE7758也可提供輸電線(xiàn)電壓，且是低功耗，精度高，成本低。由上比較在計(jì)量模塊上我選擇了ADE7758作為測(cè)量電量的模塊。2.2單片機(jī)選擇單片機(jī)是用于接收用電量信息，累計(jì)電能脈沖，按時(shí)段處理電能數(shù)據(jù)，控制顯示器按要求顯示和實(shí)現(xiàn)通信功能等

17、常用器件有PIC16系列單片機(jī)、MCS51系列單片機(jī)和BL0938微控制器等。這些單片機(jī)一般都帶有多個(gè)IO口，內(nèi)含一定字節(jié)的ROM、RAM，有的單片機(jī)還含有實(shí)時(shí)時(shí)鐘、通信口和“看門(mén)狗”等。如，BL0938微控制器，片內(nèi)嵌有高精度低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘，采用獨(dú)立的電源供電。系統(tǒng)掉電時(shí)能自動(dòng)切換到備用電源，保證時(shí)鐘正常工作。高穩(wěn)定的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路可根據(jù)外部環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，通過(guò)遠(yuǎn)程控制或遙控校表。實(shí)時(shí)時(shí)間可以精確到秒，日均誤差小于05s。內(nèi)置時(shí)鐘的設(shè)計(jì)使系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化，節(jié)省了成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。在單片機(jī)選擇上我選擇了AT89C52單片機(jī)，因?yàn)樗且粋€(gè)低電壓，高性能CMOS88位單片機(jī)，可反復(fù)擦寫(xiě)的fl

18、ash存儲(chǔ)器降低了許多成本，價(jià)格便宜，穩(wěn)定也是它的一大特色。2.3顯示模塊的對(duì)比與選擇有電量的測(cè)量，就相應(yīng)的也應(yīng)該要有顯示模塊來(lái)顯示，可直觀的說(shuō)明情況，顯示模塊有PCF8563T，具有極低功耗，高數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。但價(jià)格上偏貴點(diǎn)，HC1602顯示芯片在功耗上也是低功耗，而且HC1602芯片以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示、超薄輕巧，價(jià)格上也相對(duì)實(shí)惠些。所以從實(shí)際情況中出發(fā)，我選擇了HC1602作為本次論文的顯示芯片。3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與設(shè)計(jì)要求3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖是系統(tǒng)產(chǎn)品化的基礎(chǔ)，它包含了系統(tǒng)的硬件選擇及軟件開(kāi)發(fā)，是在對(duì)系統(tǒng)功能、技術(shù)指標(biāo)、性?xún)r(jià)比、元器件的可購(gòu)性等因素進(jìn)行

19、可行性分析的基礎(chǔ)上，對(duì)多個(gè)方案比較權(quán)衡后確定。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖參考圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖應(yīng)用Protel.99SE軟件進(jìn)行系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)和PCB電路板設(shè)計(jì)，參考附錄A和附錄B所示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖有以下幾個(gè)模塊組成，計(jì)量模塊、主控模塊、顯示模塊、存儲(chǔ)模塊、看門(mén)狗復(fù)位模塊、時(shí)鐘模塊、RS一485通信模塊、計(jì)量回路選通模塊、后備電源和主電源切換電路等。采用ADE7758計(jì)量芯片和AT89C52設(shè)計(jì)三相電能表，單片機(jī)的TO、T1對(duì)ADE7758的APCF、VARCF端子發(fā)出的脈沖計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)有功、無(wú)功等多個(gè)電量參數(shù)的計(jì)量。單片機(jī)通過(guò)12C總線(xiàn)進(jìn)行電量參數(shù)的定時(shí)存儲(chǔ)，通過(guò)按鍵進(jìn)行電量參數(shù)的查詢(xún)，通過(guò)

20、液晶HCl602進(jìn)行電量參數(shù)的顯示，通過(guò)RS485總線(xiàn)進(jìn)行電量參數(shù)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送，采用AT24C02芯片進(jìn)行電量參數(shù)的存儲(chǔ)?？紤]到存儲(chǔ)芯片擦寫(xiě)次數(shù)的有限性，電量參數(shù)的計(jì)量累加在單片機(jī)內(nèi)部完成。DSl302為分時(shí)段計(jì)量和定時(shí)存儲(chǔ)提供時(shí)間參數(shù)；通過(guò)三個(gè)功能鍵實(shí)現(xiàn)DSl302芯片時(shí)鐘的初值輸入調(diào)整。后備電源LIR2032為可充電的3.6V鋰電池，充電時(shí)電流最大不超過(guò)20mA。單片機(jī)復(fù)位采用MAX813L芯片。單片機(jī)的RXD、TXD串口預(yù)留作為RS485通信接口，文獻(xiàn)30具體闡述了RS.485總線(xiàn)通信過(guò)程的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。課題研究采用MAX485芯片進(jìn)行RS.485總線(xiàn)與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)，其中RS.4

21、85通信軟件設(shè)計(jì)留待后續(xù)進(jìn)行。3.2內(nèi)容顯示與設(shè)計(jì)要求課題內(nèi)容圍繞三相電能表多個(gè)電量參數(shù)的計(jì)量、存儲(chǔ)、顯示、按鍵查詢(xún)展開(kāi)。顯示分兩行顯示，每行16個(gè)字符。在參數(shù)顯示的同時(shí)進(jìn)行代碼的顯示。若系統(tǒng)無(wú)中斷發(fā)生-渡晶顯示當(dāng)前總的有功電量和無(wú)功電量，有功電量和無(wú)功電量代碼已為E0、R0，數(shù)據(jù)顯示格式如表3-1，由8個(gè)整數(shù)位和1個(gè)小數(shù)位組成，顯示范圍O-99999999.9。EO：00000000.1RO：00000000.1系統(tǒng)配置三個(gè)功能按鍵，記為K2、K3、K4功能描述參考表3-1所示表3-1計(jì)量數(shù)據(jù)顯示格式按鍵類(lèi)型顯示界面示例功能描述K2E1:00000000.0E2:00000000.0顯示分時(shí)

22、段計(jì)量的有功功率K3E3:00000000.0E4:00000000.0顯示實(shí)時(shí)分段計(jì)量的有功電量K4P:00000000.0V:00000000.0顯示瞬時(shí)有功功率P、無(wú)功功率VK2、K3組合0805/04/00:00:00進(jìn)入時(shí)鐘初值調(diào)整，光標(biāo)指示調(diào)整對(duì)象K2、K4組合H1:00020805/04/00:00:00異常事件記錄查詢(xún)K3、K4組合E0:00000000.1R0:00000000.1退出時(shí)鐘初值調(diào)整并返回主顯示其中R0、E0、E1、E2、E3、E4、P、V、H1、H2、H3參考符號(hào)約定部分說(shuō)明。顯示碼在進(jìn)行LCD顯示時(shí)表示顯示參數(shù)的物理意義，在源程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)應(yīng)全局變量名電能計(jì)

23、量結(jié)果通過(guò)三個(gè)功能按鍵進(jìn)行查詢(xún)顯示，系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)要求如下。實(shí)現(xiàn)總的有功、無(wú)功等電能計(jì)量與顯示z通過(guò)按鏈查詢(xún)顯示分時(shí)段電量、功率分段電量和瞬時(shí)有功、無(wú)功功率。通過(guò)對(duì)時(shí)問(wèn)參數(shù)的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)電量參數(shù)的定時(shí)存儲(chǔ)和有功電量的分時(shí)段計(jì)量。通過(guò)按鍵進(jìn)行時(shí)鐘初值輸入調(diào)整。實(shí)現(xiàn)異常事件的中斷記錄，其中異常事件包括斷相、過(guò)流、過(guò)壓等三種情況。4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)及介紹本章節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)、功能模塊劃分和元器件選型。圍繞ADE7758外圍電路設(shè)計(jì)，闡述了電能計(jì)量原理并進(jìn)行有關(guān)電路參數(shù)計(jì)算；圍繞AT89S52外圍電路設(shè)計(jì)，闡述了各功能模塊與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)；最后介紹了電源模塊設(shè)計(jì)及其特點(diǎn)。圖4-1 ADE77

24、58引腳配置4.1計(jì)量芯片ADE77584.1.1引腳配置及功能描述計(jì)量芯片ADE7758引腳配置如圖4-1所示。該芯片采用SOIC封裝，有24個(gè)引腳，76個(gè)寄存囂:電壓通道采用16位-型ADC，動(dòng)態(tài)范圍20:1；電流通道采用24位-型ADC，動(dòng)態(tài)范圍500:1。在10MHz晶振驅(qū)動(dòng)下，最大采樣速率25ksps。 引腳功能描述參考表4-1所示。表4-1 ADE7758 引腳功能描述Tab.3-1 ADE7758 pin function description引腳編號(hào)助記符功能及應(yīng)用1，APCF,有功脈沖輸出，與單片機(jī)的T0口相接，通過(guò)計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)有功電量的累加；17VARCF無(wú)功脈沖輸出，與單片

25、機(jī)T1端口相接，通過(guò)計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)功無(wú)量的累加，2,11DGND,AGND分別為模擬部分，數(shù)字部分接地引腳，需直接接地。分別為模擬部分，數(shù)字部分5V電源引腳，對(duì)地接10F和0.1F并聯(lián)電容去耦。5.6；IAP,IAN7.8;IBP,IBN;電流通道模擬信號(hào)差動(dòng)輸入；本方案選擇輸入信號(hào)最大為±0.5V。9.10ICP,ICN12REF in/outAD采樣參考電壓，對(duì)地接10F和0.1F并聯(lián)電容去耦。13，1415, 16VN,VCPVBP,VAP電壓通道模擬信號(hào)單端輸入。方案選擇輸入信號(hào)最大為±0.5V18IRQ中斷輸出引腳，外接10K上啦電阻，低電平有效；與單片機(jī)INT1端口

26、相接。19,20CLKIN,CLKOUT10MHz輸入、輸出引腳。21,2223,24CS,DIN,SCLK,DOUT4線(xiàn)SPI串行接口，實(shí)現(xiàn)片內(nèi)寄存器的寫(xiě)入及電量參數(shù)、中斷數(shù)據(jù)的獨(dú)處；CS低電平選通，DIN端口時(shí)鐘下降沿?cái)?shù)據(jù)輸入，DOUT端子時(shí)鐘上升沿?cái)?shù)據(jù)輸出。4.1.2計(jì)量電路原理計(jì)量電路采用ADE7758專(zhuān)用電能計(jì)量芯片，由信號(hào)衰減網(wǎng)絡(luò)和濾波網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。衰減網(wǎng)絡(luò)用來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷電流、電壓信號(hào)的衰減，由電流傳感器、電壓互感器組成；濾波網(wǎng)絡(luò)用來(lái)實(shí)現(xiàn)抗混疊濾波，由電阻、電容元器件組成。文獻(xiàn)31提出不對(duì)稱(chēng)的三相四線(xiàn)系統(tǒng)的濾波設(shè)計(jì)方案。頻率混疊是A/D信號(hào)采樣處理中的特有現(xiàn)象，混疊會(huì)產(chǎn)生假頻率假信

27、號(hào)，影響測(cè)量結(jié)果。在進(jìn)行電流、電壓信號(hào)衰減后，要進(jìn)行抗混疊濾波設(shè)計(jì)。計(jì)量電路原理參考圖42所示。電流回路由電流傳感器進(jìn)行信號(hào)取樣，電壓回路由電壓互感器進(jìn)行信號(hào)取樣。計(jì)量芯片ADE7758對(duì)取樣信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算出瞬時(shí)有功、無(wú)功功率。平均有功、無(wú)功功率通過(guò)瞬時(shí)功率的直流分量獲得。在電量累加寄存器中對(duì)平均功率進(jìn)行累加得到分相電量；分相電量可以通過(guò)SPI端口讀出，也可以轉(zhuǎn)換為計(jì)量脈沖輸出。ADE7758有兩路脈沖輸出，對(duì)應(yīng)端子為APCF和VARCF。脈沖輸出頻率與能量寄存器中累加的能量成正比，通過(guò)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)電量參數(shù)的累加。圖4-2計(jì)量電路原理圖以ADE7758的A相電流、電壓通道為例分析。參考圖

28、42所示，電流通道采用差動(dòng)方式輸入，信號(hào)電壓小于0.5V；設(shè)計(jì)最大負(fù)荷電流時(shí)為O.2V。IAP為差動(dòng)信號(hào)的正極性輸入端子，IAN為負(fù)極性輸入端子：各端子的抗混疊濾波網(wǎng)絡(luò)由lkQ的電阻和10nF的電容組成。電壓通道采用單端方式輸入，設(shè)計(jì)額定電壓輸入時(shí)為0.2V。發(fā)光二極管LEDl指示功率分段和變比切換情況。P1.0為高電平時(shí)，CD4053的ay端子與a選通，A相小變比電流檢測(cè)信號(hào)選通，對(duì)應(yīng)低負(fù)荷計(jì)量模式:P1.0為低電平時(shí)，ay端子與a選通，高變比電流檢測(cè)信號(hào)選通，對(duì)應(yīng)正常負(fù)荷計(jì)量模式，此時(shí)LEDl導(dǎo)通發(fā)光。電流傳感器在工作時(shí)二次端不允許斷路，在設(shè)計(jì)時(shí)采用Rbl、Rb2，Rb3、Rb4作為二次端

29、高低變比計(jì)量回路的分流電阻，阻值大小為0.012 Q。在進(jìn)行電流信號(hào)檢測(cè)時(shí)，兩組計(jì)量回路彼此獨(dú)立，通過(guò)CD4053芯片進(jìn)行選通。對(duì)于B、C兩相電路結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)與A相同。虛線(xiàn)框內(nèi)電路已完成PCB電路設(shè)計(jì)，框外衰減網(wǎng)絡(luò)在仿真試驗(yàn)時(shí)通過(guò)分壓電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行等效替代。4.1.3接口電路設(shè)計(jì)接口電路用來(lái)實(shí)現(xiàn)ADE7758與單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信，一方面可以通過(guò)SPI口進(jìn)行計(jì)量芯片ADE7758的初始化，另一方面ADE7758把數(shù)據(jù)處理的結(jié)果以脈沖形式或SPI口送出，供單片機(jī)進(jìn)行計(jì)量處理。ADE7758與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)如圖4-3所示。與接口電路有關(guān)的全局變量說(shuō)明如下：長(zhǎng)整型變量，RO,EO、E1、E2、E3、E4

30、、P、V，字符型變量，H1、H2、H3。去耦電容C4、C6的作用是濾除芯片電源輸入中的尖峰脈沖成分，旁路電容C29的作用是使ADE7758電源電壓輸入保持基本穩(wěn)定。在進(jìn)行PCB電路設(shè)計(jì)時(shí)，在每一芯片的電源輸入端子外接0.1心的去耦電容，以提高電路的抗干擾性能。R3、R9為限流電阻，對(duì)單片機(jī)的I/O口起到限流保護(hù)作用。ADE7758每產(chǎn)生一個(gè)有功或無(wú)功脈沖，對(duì)應(yīng)的LED3或LED2會(huì)閃亮一次。IRQ為ADE7758中斷輸出端子，低電平有效，漏極開(kāi)路，外接lOkQ的上拉電阻。當(dāng)ADE7758檢測(cè)到中斷發(fā)生時(shí)，IRQ向低電平跳變，發(fā)出INTl中斷申請(qǐng)；單片機(jī)通過(guò)讀取ADE7758狀態(tài)復(fù)位寄存器內(nèi)容，

31、判斷中斷事件的類(lèi)型。4.2.1AT89C52AT89C52是一款單片封裝的微控制器，具有8k的程序存儲(chǔ)和256個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，可以滿(mǎn)足中小規(guī)模軟件編程需要。主要功能特性：1、兼容MCS51指令系統(tǒng) 2、8k可反復(fù)擦寫(xiě)(大于1000次）Flash ROM； 3、32個(gè)雙向I/O口； 4、256x8bit內(nèi)部RAM； 5、3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷； 6、時(shí)鐘頻率0-24MHz； 7、2個(gè)串行中斷，可編程UART串行通道； 8、2個(gè)外部中斷源，共8個(gè)中斷源； 9、2個(gè)讀寫(xiě)中斷口線(xiàn)，3級(jí)加密位； 10、低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能； 11、有PDIP、PQFP、TQFP及PL

32、CC等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。4.2.2顯示模塊 HC1602顯示采用6x2字符型液晶HC1602，與單片機(jī)的接口電路如圖4-4所示。圖中c4，c5為單片機(jī)和液晶模塊HCl602的去耦電容。DB0-DB7為HCl602的數(shù)據(jù)線(xiàn)，與單片機(jī)的P0.0P0.7端子相接。R15為阻值可調(diào)的電位器，用來(lái)調(diào)整液晶顯示的對(duì)比度；當(dāng)VO端子對(duì)地電壓為OV時(shí)藏晶顯示最為清晰。A、K為HCl602背光燈的電源端子和接地端子，其中電源端子K通過(guò)跳縫JP2與主電源相接。正常情況下JP2斷開(kāi)以減小電能表能耗；在電量查詢(xún)時(shí)閉合JP2，接通背光燈電源。圖4-4單片機(jī)與HC1602的接口電路設(shè)計(jì)顯示與按鍵相結(jié)合，

33、用來(lái)實(shí)現(xiàn)電量參數(shù)的查詢(xún)顯示、異常事件記錄查詢(xún)顯示以及時(shí)鐘參數(shù)韌值輸入調(diào)整結(jié)果顯示。當(dāng)沒(méi)有中斷發(fā)生時(shí)，進(jìn)行總的有功、無(wú)功電量顯示；顯示數(shù)據(jù)格式參考附錄圖D-l所示。字符顯示是通過(guò)P0口讀入該字符的ASCII碼實(shí)現(xiàn)，舉例如下字符1的ASCII為Ox31。在完成LCD初始化設(shè)置后，把該字荷對(duì)應(yīng)的ASCH碼“Ox31”通過(guò)P0口寫(xiě)入LCD的內(nèi)部寄存器DDRAM中。通過(guò)控制端子Rs、R/W的狀態(tài)組合實(shí)現(xiàn)指令的寫(xiě)入以及數(shù)據(jù)的讀、寫(xiě)操作，操作說(shuō)明參考表3-2所示。表4-1 HC1602操作說(shuō)明RSR/W操作說(shuō)明00把指令寫(xiě)入寄存器初始化LCD01讀LCD“忙”狀態(tài)標(biāo)志10把數(shù)據(jù)寫(xiě)入寄存器，顯示4.2.3數(shù)據(jù)

34、存儲(chǔ)AT24C02存儲(chǔ)芯片采用AT24C02。該芯片具有1總線(xiàn)接口，具有掉電后數(shù)據(jù)不丟失特點(diǎn)。AT24C02結(jié)構(gòu)圖如圖4-5所示A01A12A23GND4WP7SCL6SDA5VCC8UAT24c02P2.0P2.1WRVCCGNDP1.2P1.3圖4-5AT24C02結(jié)構(gòu)圖存儲(chǔ)主要包括電量參數(shù)的存儲(chǔ)和異常事件的記錄存儲(chǔ)?？紤]到AT24C02芯片擦寫(xiě)次數(shù)的有限性能量的累加在單片機(jī)的洲存儲(chǔ)空間中完成。采用定時(shí)方式進(jìn)行電量參數(shù)的存儲(chǔ)。單片機(jī)不斷檢測(cè)時(shí)間參數(shù)，當(dāng)存儲(chǔ)時(shí)間到，則啟動(dòng)12c總線(xiàn)把電量參數(shù)存儲(chǔ)到AT24C02中分配的地址單元。異常事件采用中斷方式進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)ADE7758檢測(cè)到過(guò)流、過(guò)壓、

35、斷相等事件時(shí)，向單片機(jī)發(fā)出中斷申請(qǐng)。單片機(jī)執(zhí)行中斷服務(wù)程序，把處理的結(jié)果，包括事件的代碼、發(fā)生次數(shù)以及發(fā)生的時(shí)間，存儲(chǔ)到AT24C02中分配的地址單元。AT24C02存儲(chǔ)單元配置參考表4-2所示。表4-2 AT24C02 存儲(chǔ)器單元地址配置變量名稱(chēng)變量類(lèi)型存儲(chǔ)單元地址分配物理意義E0Long int0x00-x07總的有功電量R0Long int0x08-0x0f總的無(wú)功電量E1Long int0x10-0x1700:00-12:00時(shí)段內(nèi)有功電量E2Long int0x18-0x1f12:00-00:00時(shí)段內(nèi)有功電量E3Long int0x20-0x27低負(fù)荷時(shí)的有功電量E4Long in

36、t0x28-0x2f正常負(fù)荷時(shí)的有功電量H1Char0x30-0x36電能表斷相次數(shù)及時(shí)間記錄H2Char0x40-0x46單相過(guò)流次數(shù)及時(shí)間記錄H3Char0x50-0x56單相過(guò)壓次數(shù)及時(shí)間記錄為了保證電量參數(shù)存儲(chǔ)的可靠性在軟件設(shè)計(jì)上要有充分的冗余和糾錯(cuò)。比如考慮到這種情況在進(jìn)行電量存儲(chǔ)時(shí)突然發(fā)生掉電事故，新的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)尚未完成，而原有數(shù)據(jù)已經(jīng)被覆蓋，造成數(shù)據(jù)的丟失。為了避免這種情況，對(duì)每一個(gè)電量參數(shù)分配兩組存儲(chǔ)單元；以朋為例，OxOO-Ox03為一組存儲(chǔ)單元。Ox04-Ox07為另一組存儲(chǔ)單元。即使一組數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)時(shí)被損壞，另一組數(shù)據(jù)則不受影響。4.2.4串行接口芯片MAX485電能表配備通

37、信RS-485接口具有成熟性和性?xún)r(jià)比高的優(yōu)勢(shì)，硬件設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留出RS-485通信接口，采用MAX485接口芯片。硬件電路設(shè)計(jì)參考圖4-6所示。圈中由DE端子控制MAX485芯片的發(fā)送/接收使能。DE端子與單片機(jī)的P1.2口連接。當(dāng)DE為高電平時(shí)，單片機(jī)向RS-485總線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)；DE為低電平時(shí)單片機(jī)從RS-485總線(xiàn)接收數(shù)據(jù)。連接至A腳的下拉電阻R31、連接至B腳的上拉電阻R30用于提高該RS-485網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的工作可靠性。鉗位于6.8V的穩(wěn)壓管D3、D4、D5用來(lái)保護(hù)RS-485總線(xiàn)，避免在受到外界雷擊、浪涌等干擾時(shí)產(chǎn)生高壓損壞RS-485收發(fā)器。C13、C14用于提高電路的EMI性能。圖4-6

38、 RS485通信接口電路設(shè)計(jì)4.2.5選通開(kāi)關(guān)CD4053采用CD4053芯片實(shí)現(xiàn)電流傳感器高、低變比檢測(cè)信號(hào)的選通。CD4053有三個(gè)控制端子A、B、C。當(dāng)ABC=000時(shí)，ax、bx、cx三個(gè)信道選通；當(dāng)ABC=111時(shí)，ay、by、cy三個(gè)信道選通。A、B、C三個(gè)端子同時(shí)與單片機(jī)的P1.O口連接。單片機(jī)根據(jù)瞬時(shí)功率檢測(cè)結(jié)果，通過(guò)對(duì)P1.0端口狀態(tài)設(shè)置，進(jìn)行高低變比電流檢測(cè)信號(hào)的選通控制。二極管LEDl指示功率分段情況，C2為O.1心的去耦電容，R2為限流電阻。當(dāng)P1.O為高電平時(shí)，CD4053的ay端子與a選通，ADE7758的電流通道小變比檢測(cè)信號(hào)選通，對(duì)應(yīng)小負(fù)荷計(jì)量模式，此時(shí)LEDl

39、不導(dǎo)通；P1.O為低電平時(shí)，ax端子與a選通，電流通道高變比檢測(cè)信號(hào)選通，對(duì)應(yīng)正常負(fù)荷計(jì)量模式，LEDl導(dǎo)通發(fā)光。CONl為PCB設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)應(yīng)的插接端子，作為ADE7758電流、電壓信號(hào)的輸入連接部分，其第一個(gè)引腳記為CONl-1。CD4053真值關(guān)系參考表4-3所示。表 4-3 CD4053 真值表控制端子信道選擇INHCBA-0000cx,bx,ax0111cy,by,ay4.2.6電源模塊控制系統(tǒng)電源模塊由主電源和后備電源兩部分組成。主電源模塊由變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成硎，其中整流電路采用DBl07集成模塊，穩(wěn)壓電路采用7805、LM7905集成電路模塊；后備電源采用

40、可充電的LIR2032鋰電池，電源模塊設(shè)計(jì)如圖4-7所示。7805的+5V輸出通過(guò)JP5跳線(xiàn)與系統(tǒng)的+5V網(wǎng)絡(luò)連接。當(dāng)JP5閉合時(shí)，系統(tǒng)處于上電工作狀態(tài)，此時(shí)二極管LED4導(dǎo)通發(fā)光。CON3為兩路9V正弦交流信號(hào)輸入接口，中間為接地端子。C37、C38、C39、C40為有極性的旁路電容作用是使7805、LM7905的輸入、輸出電壓保持基本穩(wěn)定；C15、C16、C17、C18為0.1uF的去耦電容，作用是濾除7805、LM7905輸入、輸出信號(hào)中的尖峰脈沖成分。圖4-7主電源模塊設(shè)計(jì)5 系統(tǒng)硬件調(diào)試與功能函數(shù)定義應(yīng)用ME300B對(duì)模塊電路進(jìn)行在線(xiàn)仿真調(diào)試。硬件調(diào)試基于PCB電路板進(jìn)行，首先進(jìn)行模

41、塊電路的分級(jí)調(diào)試，使組成系統(tǒng)的各個(gè)模塊電路正常工作；然后進(jìn)行系統(tǒng)總體調(diào)試，使其達(dá)到預(yù)定的技術(shù)要求。在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，判斷問(wèn)題的原因、位置并提出改進(jìn)措施。在對(duì)硬件電路調(diào)試的同時(shí)進(jìn)行功能函數(shù)的設(shè)計(jì)與測(cè)試。功能函數(shù)主要圍繞長(zhǎng)整型以及字符型數(shù)據(jù)的顯示與存儲(chǔ)展開(kāi)，最后對(duì)功能函數(shù)仿真調(diào)試中遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析說(shuō)明。5.1電路板規(guī)格與焊接操作電路板設(shè)計(jì)為普通雙面板，尺寸大小168mmx91.4mm。在板的兩面采用大面積覆銅接地，不區(qū)分?jǐn)?shù)字地和模擬地。在布線(xiàn)時(shí)，電源線(xiàn)、接地線(xiàn)等走線(xiàn)寬度設(shè)置為4060mil，推薦線(xiàn)寬60mil；信號(hào)線(xiàn)設(shè)置為10mil20mil，推薦線(xiàn)寬15mil，其中40mill

42、mm。不同網(wǎng)絡(luò)之間的安全間距設(shè)置為12mil；采用自動(dòng)布線(xiàn)方式，覆銅放在最后進(jìn)行。電路板設(shè)計(jì)規(guī)則一般包括電路板的布線(xiàn)規(guī)則、制作規(guī)則、有關(guān)高頻的設(shè)計(jì)規(guī)則以及其他設(shè)計(jì)規(guī)則等幾個(gè)方面。可以按照文獻(xiàn)26的有關(guān)制版介紹，在電腦上運(yùn)行Protel軟件，從繪制簡(jiǎn)單的PCB電路開(kāi)始，逐步熟悉設(shè)計(jì)過(guò)程。在進(jìn)行PCB電路設(shè)計(jì)時(shí)，在每一芯片的電源端子和地之間接入0.1 p F的去耦電容；電源線(xiàn)、地線(xiàn)和芯片的接地線(xiàn)應(yīng)盡可能加寬。進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)時(shí)，在芯片的電源引腳和接地引腳之間接入一個(gè)O.1uf的去耦電容。該電容去耦了來(lái)自電源的噪聲，保證芯片有持續(xù)、穩(wěn)定的電壓源。在對(duì)時(shí)鐘芯片DSl302進(jìn)行仿真調(diào)試時(shí)，并沒(méi)有認(rèn)識(shí)到去耦

43、電容的重要性，芯片電源引腳沒(méi)有外接0.1uF的去耦電容，沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的仿真結(jié)果，原因就出在去耦電容上。在進(jìn)行印制電路板設(shè)計(jì)時(shí)，為了利用ME300B的仿真頭對(duì)PCB電路板進(jìn)行在線(xiàn)仿真調(diào)試，單片機(jī)AT89S52沒(méi)有采用PCB庫(kù)元件中的封裝形式，而是自制一個(gè)40針的插接座封裝，單片機(jī)通過(guò)插接座接入PCB電路。載入封裝后的PCB電路板參考附錄B-2所示。其他DIP封裝的芯片也是通過(guò)插座接入電路板。這樣，當(dāng)芯片損壞時(shí)，可以方便進(jìn)行芯片的替換。貼片式封裝ADE7758焊接特點(diǎn)。ADE7758為貼片式封裝，引腳排列較密。焊接前應(yīng)在電路板的焊接區(qū)域均勻涂上一層焊錫膏，然后用帶有焊錫的烙鐵頭輕輕觸及焊接區(qū)域上的

44、金屬焊接點(diǎn)，則焊接點(diǎn)上均勻的結(jié)晶一層焊錫。然后把ADE7758芯片引腳對(duì)準(zhǔn)焊接位置，用燒熱的烙鐵頭(不帶焊錫)在ADE7758的引腳和焊接點(diǎn)連接處預(yù)熱片刻，可以觀察到一股細(xì)小的錫流沿著焊接線(xiàn)展開(kāi)。結(jié)束后擦去多余的焊錫膏。這種焊接方式不容易損壞芯片，焊接成功率高，且沒(méi)有毛刺。5.2系統(tǒng)硬件電路測(cè)試5.2.1電源模塊測(cè)試首先進(jìn)行系統(tǒng)短路測(cè)試。短路測(cè)試用來(lái)分析PCB電路各芯片電源端子與接地端子之間有無(wú)短路問(wèn)題。由于載入元器件封裝時(shí)通過(guò)手工焊接，引線(xiàn)和元器件較多，會(huì)由于經(jīng)驗(yàn)不足而可能導(dǎo)致電源端于和接地端子接成短路。短路會(huì)造成芯片的燒壞，導(dǎo)致PCB系統(tǒng)不可用。因此，應(yīng)避免短路，在確保系統(tǒng)安全的前提下進(jìn)行

45、功能模塊的仿真測(cè)試。采用ME300B單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行功能模塊的短路測(cè)試。ME300B是由深圳偉納公司推出的單片機(jī)學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，可以對(duì)片內(nèi)資源和片外資源進(jìn)行在線(xiàn)仿真調(diào)試。當(dāng)仿真對(duì)象有短路故障刊，開(kāi)發(fā)板上紅色的LED燈會(huì)不停的閃爍?？梢岳眠@特點(diǎn)判斷仿真對(duì)象是否存在短路故障。把ME300B的仿真頭連接到PCB板對(duì)應(yīng)的單片機(jī)插座上，打開(kāi)ME300B主機(jī)電源，觀察到開(kāi)發(fā)板上的LED燈沒(méi)有閃爍，表明系統(tǒng)沒(méi)有短路故障。同時(shí)用萬(wàn)用表測(cè)得DSl302、MAX485、AT24C02等芯片的電源端子對(duì)地電壓4.5V。電源模塊電壓輸出測(cè)試。參考圖3-9主電源模塊設(shè)計(jì)，閉合跳線(xiàn)JP5；在兩路50Hz正弦交流9v信號(hào)

46、輸入下，用萬(wàn)用表測(cè)量7805、7905輸出電壓分別為+5V和-5V；在單路50Hz交流輸入時(shí)，實(shí)際測(cè)得7805輸出在4v左右，而7905輸出保持為-5V。這就表明，7805驅(qū)動(dòng)負(fù)載過(guò)多會(huì)導(dǎo)致電源輸出電壓下降。為使系統(tǒng)正常工作，電源模塊需采用兩路交流信號(hào)輸入。5.2.2 RS-485通信模塊測(cè)試R8-485通信接口采用MAX485芯片，與單片機(jī)的接口定義為：RO=P3.0；DE=PI.2；DI=P3.1。利用ME300B的在線(xiàn)仿真功能，編寫(xiě)測(cè)試源程序；參考RS-485接口電路設(shè)計(jì)圖4-6，結(jié)合Keil-C51的斷點(diǎn)調(diào)試命令，用萬(wàn)用衷測(cè)試相應(yīng)端子電壓，檢測(cè)單片機(jī)能否向RS。485總線(xiàn)發(fā)送和從R8

47、485總線(xiàn)接收數(shù)據(jù)。測(cè)試針對(duì)PCB硬件電路設(shè)計(jì)進(jìn)行，不涉及通信協(xié)議及軟件編程。測(cè)試結(jié)果如表4-1所示。RS-485總線(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)原理及羽4試結(jié)果分析。結(jié)合RS-485接rl電路圖4-6說(shuō)明。單片機(jī)在進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，MAX485的A、B端子電壓在+2-+6時(shí)為邏輯1；端子電壓在-2-6時(shí)為邏輯0。單片機(jī)在接收數(shù)據(jù)時(shí)，收、發(fā)端子通過(guò)平衡雙絞線(xiàn)將A-A、B-B對(duì)應(yīng)連接。當(dāng)A、B端子之間電壓大于+200mV時(shí)，輸入為邏輯1；小于-200mV時(shí)輸入為邏輯0。測(cè)試結(jié)果表明，單片機(jī)能夠向RS-485總線(xiàn)投送數(shù)據(jù)以及從RS-485總線(xiàn)正確接收數(shù)據(jù)。表5-1 RS-485 通信測(cè)試結(jié)果條件設(shè)置操作說(shuō)明測(cè)試結(jié)果A、

48、B端子電壓 RO對(duì)地電壓DE=1；DI=1測(cè)試A、B端子電壓判斷單片機(jī)是否向RS-485總線(xiàn)發(fā)送出數(shù)據(jù)13.58V-DE=1；DI=1測(cè)試A、B端子電壓判斷單片機(jī)是否向RS-485總線(xiàn)發(fā)送出數(shù)據(jù)0-3.58V-DE=0A、B端子接入1.5V電壓，測(cè)試R0端子對(duì)地電壓，判斷單片機(jī)是否從RS-485總線(xiàn)接收數(shù)據(jù)1-4.5DE=0A、B端子接入-1.5V電壓，測(cè)試R0端子對(duì)地電壓，判斷單片機(jī)是否從RS-485總線(xiàn)接收數(shù)據(jù)1-05.2.3顯示模塊與顯示函數(shù)顯示采用HCl602液晶模塊與單片機(jī)的接口定義如下：RS=P2.7，R/W=P2.6，E=P2.5；數(shù)據(jù)端子與單片機(jī)的P0口連接。用萬(wàn)用表檢測(cè)HCl

49、602與單片機(jī)的連接線(xiàn)焊接有無(wú)短路、斷路。定義三個(gè)顯示函數(shù)，分別實(shí)現(xiàn)電量參數(shù)的查詢(xún)顯示、異常事件記錄的查詢(xún)顯示、時(shí)鐘初值輸入調(diào)整的顯示。顯示函數(shù)的調(diào)用與按鍵狀態(tài)有關(guān)，以函數(shù)display_()為例說(shuō)明。當(dāng)單片機(jī)檢鍘到K2鍵按下時(shí)。則調(diào)用函數(shù)display_1()進(jìn)行分時(shí)段電量參數(shù)的顯示，調(diào)用形式為display_1(2,E1，E2)。問(wèn)題轉(zhuǎn)換為如何進(jìn)行顯示函數(shù)的設(shè)計(jì)與仿真調(diào)試。5.2.4存儲(chǔ)模嵌與存儲(chǔ)函數(shù)存儲(chǔ)芯片采用AT24C02存儲(chǔ)模塊與單片機(jī)的接口定義如下:SDA=P2.1；SCL=P2.0。這一部分主要完成四個(gè)功能函數(shù)的設(shè)計(jì)、仿真與調(diào)試。四個(gè)功能函數(shù)分別實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)整型數(shù)據(jù)的讀、寫(xiě)操作以及字符

50、型數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作，定義如下。Void write2402_char(char add,char dat)；/單片機(jī)通過(guò)I2C總線(xiàn)存儲(chǔ)一個(gè)宇節(jié)的數(shù)據(jù)char read2d02_char(char add);/單片機(jī)通過(guò)I2C總線(xiàn)讀取一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)void write2402_long(char add,1ong int a1)，/單片機(jī)向AT24C02存儲(chǔ)一個(gè)長(zhǎng)整型數(shù)據(jù)long int read2402_long(char add);/單片機(jī)從AT24C02讀取一個(gè)長(zhǎng)整型數(shù)據(jù)5.2.5 ADE7758串口通信特點(diǎn)這一部分闡述ADE7758的SPI串口通信特點(diǎn)以及功能函數(shù)的定義。ADE7758通過(guò)

51、內(nèi)置的SPI接口與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。通過(guò)對(duì)ADE7758片內(nèi)寄存器的寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)，實(shí)現(xiàn)芯片的初始化功能設(shè)置。ADE7758與單片機(jī)的接口定義如下：DOUT=P1.4；SCLK=P1.5；DIN=P1.6；CS=P1.7；其中DIN端子與DSl302的I/O端子復(fù)用P1.6接口；單片機(jī)的P1.6端口如下：DIO=P1.6。ADE7758寄存器有8位、12位和24位區(qū)別，對(duì)于12位的寄存器訪(fǎng)問(wèn)，仍以字節(jié)為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，舉例如下。對(duì)12位增益寄存器AIGAIN(地址0x27)賦值“011 111111100”，需發(fā)送兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)，格式為：“××××011

52、1 1111 1100”，其中“××××”為任意代碼組合。這部分代碼ADE7758在進(jìn)行數(shù)據(jù)接收時(shí)被屏蔽掉。單片機(jī)讀取該寄存器讀數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)接收格式為“”，其中后四位代碼“1111”為ADE7758發(fā)送的無(wú)意義數(shù)據(jù)。6 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能主要由主程序和各類(lèi)功能函數(shù)具體實(shí)現(xiàn)。采取模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行系統(tǒng)總體流程設(shè)計(jì)以及電量參數(shù)的算法流程設(shè)計(jì)，分析了功率分段計(jì)量的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；進(jìn)行按鍵中斷處理以及時(shí)鐘初值輸入調(diào)整設(shè)計(jì)，闡述了基于ADE7758的斷相、過(guò)流、過(guò)壓檢測(cè)原理。6.1軟件總體設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì)流程主要圍繞電量參數(shù)的計(jì)量展開(kāi)。電能計(jì)量采用中

53、斷方式進(jìn)行，保證了電能計(jì)量的及時(shí)性。系統(tǒng)在進(jìn)入主循環(huán)之前，要進(jìn)行與中斷TO、T1、INTO、INTl有關(guān)的AT89C52寄存器初始化、ADE7758初始化、。為了保證電量參數(shù)存儲(chǔ)的可靠性，在軟件設(shè)計(jì)上要有充分的冗余和糾錯(cuò)。對(duì)每一個(gè)電量參數(shù)分配兩組存儲(chǔ)單元。在系統(tǒng)上電后，讀取AT24C02中上次存儲(chǔ)的兩組電量參數(shù)，若兩組參數(shù)相同，則表明上次存儲(chǔ)結(jié)果正確；否則把當(dāng)前單片機(jī)RAM中的電量參數(shù)存儲(chǔ)到AT24C02中。在主程序的一次循環(huán)過(guò)程中，分別進(jìn)行瞬時(shí)有功功率的檢測(cè)和時(shí)間參數(shù)的檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行功率分段計(jì)量和復(fù)費(fèi)率分時(shí)段計(jì)量。定時(shí)存儲(chǔ)問(wèn)題。電量參數(shù)采用定時(shí)方式存儲(chǔ)。在一天中進(jìn)行兩次存儲(chǔ)，分別發(fā)生

54、在00:00和12:00兩個(gè)時(shí)刻。主程序每循環(huán)一次，就進(jìn)行一次時(shí)間參數(shù)的檢測(cè)。定義兩個(gè)位變量flag1和flag2，當(dāng)時(shí)問(wèn)在00:0012:00內(nèi)時(shí)flag1=l，否則flag1=0。在主程序連續(xù)的兩次循環(huán)中，若flagl兩次賦值結(jié)果不同，就認(rèn)為存儲(chǔ)時(shí)間到。通過(guò)調(diào)用函數(shù)write2402_long()進(jìn)行電量參數(shù)的存儲(chǔ)；其中flag2用來(lái)存儲(chǔ)上次循環(huán)中flag1的取值。功率分段問(wèn)題。主程序每循環(huán)一次，就進(jìn)行一次瞬時(shí)有功功率的計(jì)算，并與切換功率朋比較。定義兩個(gè)位變量flag3和flag4。當(dāng)負(fù)荷功率小于90P0時(shí)flag3=l；當(dāng)負(fù)荷功率大于朋時(shí)flag3=O；在P090P0之間時(shí)，flag3保

55、持上次賦值結(jié)果不變。在主程序連續(xù)的兩次循環(huán)中，若flag3兩次賦值結(jié)果不同，就認(rèn)為功率分段條件滿(mǎn)足。flag4用來(lái)存儲(chǔ)上次循環(huán)中flag3的賦值。通過(guò)設(shè)置兩個(gè)切換閾值P0和901D0,避免CD4053選通開(kāi)關(guān)過(guò)于頻繁的切換。電流傳感器變比切換過(guò)程中的計(jì)量誤差問(wèn)題。采用脈沖計(jì)數(shù)方式進(jìn)行電量參數(shù)的累加，脈沖輸出頻率與ADE7758能量寄存器中累加的能量成正比。ADE7758內(nèi)部有一個(gè)數(shù)頻轉(zhuǎn)換DFC，只有當(dāng)ADE7758內(nèi)部能量累加到一定程度時(shí)，這部分能量以脈沖的方式輸出。單片機(jī)對(duì)脈沖輸出進(jìn)行計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)這部分能量的有效計(jì)量。也就是說(shuō)，ADE7758寄存器內(nèi)部能量的累加與單片機(jī)對(duì)能量的有效計(jì)量不是同

56、步的。顯示輔助漢字6.2軟件總體流程圖上電復(fù)位顯示總電量配置IN/0口計(jì)量、通信和掉電保護(hù)配置定時(shí)器中斷程序初始化ADE7758復(fù)位看門(mén)狗循環(huán)模式初始化操作圖6-1 軟件主流程圖6.3 計(jì)量的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量有兩種方式，一是脈沖方式，利用ADE7758的兩路脈沖輸出，用單片機(jī)的T0、T1計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖計(jì)數(shù)；二是通過(guò)SPI口讀取ADE7758能量寄存器累加數(shù)據(jù)，乘上能量最低有效值獲得實(shí)際電量參數(shù)。本方案采用脈沖計(jì)數(shù)方式實(shí)現(xiàn)有功、無(wú)功電量累加，其中有功電量脈沖常數(shù)200impulses/kWh，無(wú)功電量常數(shù)200impulses/kVARh。接下來(lái)分析時(shí)間分段計(jì)量以及功率分段計(jì)量的軟件具體實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。6.3.1功率參數(shù)檢測(cè)與實(shí)時(shí)計(jì)量功率參數(shù)檢測(cè)處理。朋為系統(tǒng)設(shè)定的切換功率。主程序每循環(huán)一次，就進(jìn)行一次瞬時(shí)有功功率的檢測(cè)，并與切換功率肋比較。定義兩個(gè)位變量flag3和flag4。在主程序的一次循壞過(guò)程中，當(dāng)負(fù)荷功率小于90朋時(shí)flag3=1；當(dāng)負(fù)荷功率大于尸秒時(shí)flag3=O；在PO-90PO之間時(shí)，flag3保持上次賦值結(jié)果不變；其中flag4用來(lái)存儲(chǔ)上次循環(huán)中flag3的墩值。功率參數(shù)檢測(cè)通過(guò)調(diào)用函數(shù)bit power_check0實(shí)現(xiàn)。該函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)flag3和flag4兩個(gè)位變量的數(shù)據(jù)刷新，為功率分段計(jì)量提供參考，