三相智能電表設(shè)計

1、CS5467 的三相電度表設(shè)計摘要本文以智能計量總表為研究對象，采用計量芯片 CS546 和 AT89S5 歿計三相電度表，介紹了計量電路原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點。針對 10-35kV 俞配電網(wǎng)正常負(fù)荷情況下的精確計量，提出按功率額度計量的電度表設(shè)計方案。采用電流傳感器進(jìn)行信號的檢測采中，當(dāng)負(fù)荷電流低于額定電流的 20%時，單片機(jī)通過檢測功率，自動切換到低負(fù)荷計量回路，即小電流比計量回路，最大限度降低了電流傳感器低負(fù)荷運(yùn)行時造成的信號檢測誤差，提高電能計量精度。單片機(jī)通過對瞬時有功功率的檢測，實現(xiàn)了計量回路的實時選通切換和功率分段計量：通過對時間參數(shù)的檢測，實現(xiàn)了定時存儲和分時段計量。根據(jù)電度表參數(shù)

2、配置進(jìn)行 CS546 初始化參數(shù)計算。為了評估電度表計量數(shù)據(jù)的真實性和有效性， 對模擬信號輸入電路進(jìn)行試驗設(shè)計， 應(yīng)用 ME300 單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行在線仿真調(diào)試。以功率參數(shù)為性能指標(biāo)，通過仿真試驗，對功率參數(shù)的理論值和電度表的顯示值兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，得出電度表計量數(shù)據(jù)是真實有效的結(jié)論。采用雙變比電流傳感器進(jìn)行電度表設(shè)計，擴(kuò)大了負(fù)荷計量范圍，提高了電能計量精度，且計量回路切換無需進(jìn)行人工干預(yù)。該方案有望實現(xiàn)全量程的精度均衡和精確計量，為具有實時分段計量功能的三相電度表設(shè)計提供一種可行的方案。目前，已完成樣表的設(shè)計與測試工作。基于精確的試驗平臺，完成對電度表的增益和偏差校準(zhǔn)，即可進(jìn)行現(xiàn)場試驗

3、和數(shù)據(jù)采集，具有良好的市場應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：實時分段；精確計量;CS5467,AT89S52AbstractTheintelligenttotalenergymeterisstudiedanddiscussedinthispaper.WithCS5467aselectricalenergymeasurememtICandAT89S52ascontrolunit,theprincipiumofmeasuringcircuit,andcharactersofsystemstructureareintroduce(Astoachievingaccuratemeasurementundernormal

4、loadfor1035kVpowersystem,thispaperpresentsanewstrategyofthree-phasewatt-hourmeterwiththefunctionofreal-timemeasuringinsectionaccordingtoloadpowerConsideringtime-unbanlanceofpower-consumption,anotherstrategyofmulti,ratetime-subsectionmeasuringtoregulatepowerloadcurvesisalsoproposedInthispaper,current

5、sensorswithdoubleratiosareusedtocarryoutsignaldetectingandsampling.Whentheloadcurrentisbelow20%ofratedvalue,thesinglechipregulatesratiosofcurrentsensorstdower10admeasuringcircuit,whichreducescurrentsensorsdetectingerrorunderlowerlaod.andenhancesaccuratemeasurementBymeansofpowerparametersdetectingthe

6、adjustmentofmeasuringcircuitsbetweennormalloadandlower10adarefinished.Timememoryandtime,subsectionmeasuringarerealizedbytimeparametersdetectingTheinitialvaluesofCS5467arecomputedaccordingtotheconfigurationsofmeterparametersInordertoevaluatetheauthenticityandef|ficiencyforthemeasuringdatathispaperdes

7、ignstheanaloginputcircuitsandusesME300BtodosimulationanddebuggingonlineUsingpowerparametersasevaluationindex,theexperimentresultsshowthatthemeasuringdataarevalidandfaithful,bymeansofcomparingpowerparametersthatcomputedintheoryandthatdisplayedbythreephasewatLhourmeter.Inthedesignofthree.phasewatt.hou

8、rmeter,currentsensorwithdoubleratiosenlargestheloadmeasuringrangeandenhancesmeasuringprecision.ThisschemecanbeexpectedtorealizethewholeprocessprecisionbalanceandaccuratemeasurementandalsoprovidesamethodforrealtimesubsectionmeasuringThedesignprocessandtestprocesshavebeenfinishedWithaccurateexperiment

9、table,gaincalibrationandoffsetcalibrationcanbedoneandthisschemehasagoodapplicationvalue:real-timesubsectionmeasuringaccuratemeasurementsimulationandexperiment,ME300B,CS5467,AT89S52摘要錯誤！未定義書簽。Abstract 錯誤！未定義書簽。第 1 章緒論錯誤！未定義書簽。1.1 電度表技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢錯誤！未定義書簽。1.2 擬解決的問題和本文的創(chuàng)新性工作 21.3 電度表參數(shù)配置 3第 2 章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與設(shè)計要求

10、 41結(jié)構(gòu)框圖 41內(nèi)容顯示與設(shè)計要求 5第 3 章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計與實現(xiàn) 6計量芯片 CS54676引腳配置及功能描述 6計量電路原理 6接口電路設(shè)計 6單片機(jī)外圍電路設(shè)計與器件選擇 8單片機(jī)及外圍電路設(shè)計 8顯示模塊 HC16029數(shù)據(jù)存儲 AT240210時鐘芯片 DS130210電源模塊設(shè)計 11第 4 章結(jié)論 12參考文獻(xiàn) 13附錄錯誤！未定義書簽。1章緒論電度表技術(shù)正向著復(fù)費(fèi)率、多功能、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。電能計量芯片CS5467CS546 舒在電度表設(shè)計中的應(yīng)用，提高了電能計量精度，簡化了電度表設(shè)計結(jié)構(gòu)。隨著電能計量芯片的推陳出新，復(fù)費(fèi)率電度表、防竊電電度表、配置 RS-485a

11、信及紅外通信接口的電度表以及三相多功能電度表發(fā)展迅速。電度表的計量精度、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)入實施和操作階段。在這種背景下，電度表的功能、性能、以及可靠性設(shè)計等都有了顯著提高與改進(jìn)，電度表技術(shù)面臨難得的發(fā)展機(jī)遇。1.1 電度表技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢早在本世紀(jì)初，電子式電度表就已經(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，三相多功能表的需求呈明顯上升趨勢。功能的擴(kuò)展提升了供電部門對居民用電的現(xiàn)代化管理，為將來實現(xiàn)大規(guī)模自動抄表提供了基礎(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)供電部門的青睞，復(fù)費(fèi)率表的技術(shù)因此也

12、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加大對欠費(fèi)用戶的管理力度， 使市場需求升溫，另一方面由于技術(shù)改進(jìn)，特別是使用了 CP*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。自動抄表技術(shù)發(fā)展頗具前景。 近幾年來， 隨著通信技術(shù)的不斷進(jìn)步以及電力市場應(yīng)用的需要，國內(nèi)自動抄表技術(shù)水平取得了長足的進(jìn)步。低壓電力線載波技術(shù)逐步被越來越多的電力部門所采納，短距離紅外抄表技術(shù)得到應(yīng)用和推廣。在無線抄表方式中，紅外方式用于短距離通信，而GPRS 術(shù)可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程長距離通信。隨著社會需求的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，無線通信技術(shù)和遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。電子式

13、電度表在可靠性、準(zhǔn)確度、功能擴(kuò)展、性價比等方面顯著優(yōu)于感應(yīng)表，有全面取代感應(yīng)表的趨勢。防竊電要求進(jìn)一步加強(qiáng)。隨著竊電方式的更加多樣化和隱蔽化，對電度表防竊電的要求也越來越高，電子式電度表表現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢。模塊化設(shè)計成為趨勢。隨著電力市場改造力度加大，對電度表的技術(shù)更新速度也提出了更高的要求。 電度表的硬件和軟件可以采用模塊化設(shè)計， 將技術(shù)相對成熟和標(biāo)準(zhǔn)的部分進(jìn)行封裝入庫，如計量模塊、電源模塊、RS48 放塊、RTCK 塊、顯示模塊、繼電器控制模塊、IC 卡模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊等。當(dāng)設(shè)計一個新的產(chǎn)品時，開發(fā)人員只需要將精力集中于產(chǎn)品的新模塊、新功能的開發(fā)，以及模塊的集測量電路的集成化、模塊化是計量

14、芯片的發(fā)展趨勢。當(dāng)前，各大型器件公司紛紛推出自己的計量芯片，并不斷的進(jìn)行產(chǎn)品更新?lián)Q代。比較典型的有 CirrusLogic的CS5467美國ADI公司推出的ADE775的量芯片和北京福星曉程電子公司推出的PL3223上述三種芯片都集成了 DS 瞅字信號處理技術(shù)，支持硬件和軟件兩種校表方式，計量精度高，且外圍電路設(shè)計簡單。CS5467 有四個模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、功率計算引擎、能量頻率轉(zhuǎn)換器和一個串行接口組成的單一集成電路。用于精確測量瞬時電流和瞬時電壓，以及在高性能功率測量應(yīng)用中計算 VRMS、IRMS瞬時功率和平均功率。止匕外，CS54675 具有兩個電流通道和兩個電壓通道，可同時進(jìn)行兩個相位的

15、測量，并有系統(tǒng)電平校準(zhǔn)、溫度感應(yīng)、電壓驟降、電流錯誤監(jiān)測以及相位補(bǔ)償?shù)忍匦浴S5467 勺線性誤差小于讀數(shù)的 0.1%,動態(tài)范圍超過 1000:1。目前，我國感應(yīng)式電度表仍占據(jù)相當(dāng)?shù)氖袌?。峰谷分時電價和避峰電價政策的出臺，將推動多費(fèi)率表市場需求。尤其是大工業(yè)用戶，對三相多費(fèi)率表的需求，會較快增長。止匕外，三相高精度多功能表也將得到重點發(fā)展。該電度表目前主要用于發(fā)電廠、變電站和各大用戶，并不斷擴(kuò)大到普通三相表用戶中。電子式電度表有多功能、高精度、多費(fèi)率、自動抄表等優(yōu)勢，逐步成為電度表發(fā)展的主流。1.2 擬解決的問題和本文的創(chuàng)新性工作課題研究主要解決按負(fù)荷功率實時分段問題。 基于 CS546 和

16、單片機(jī) AT89S52 進(jìn)行電度表設(shè)計，根據(jù)負(fù)荷的功率額度實時分段計量，是本文的創(chuàng)新點。按功率分段計量擬解決的問題。在進(jìn)行電量總表設(shè)計時，一般采用電流傳感器進(jìn)行電流信號的檢測。當(dāng)電流傳感器工作在一次端額定電流值附近時，電流信號的檢測誤差最小。在配電系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓一般是穩(wěn)定的，電網(wǎng)電流則根據(jù)掛接的負(fù)荷大小發(fā)生變化。為了擴(kuò)大負(fù)荷計量范圍，減小電流傳感器的檢測誤差對計量精度的影響，采用雙變比電流傳感器進(jìn)行電流信號的檢測，根據(jù)負(fù)荷的功率額度實時進(jìn)行變比切換，使電流傳感器始終工作在檢測誤差最小狀態(tài)。這種計量方案有望實現(xiàn)全量程的糟度均街和精確計量。在這方面，相關(guān)的參考文獻(xiàn)及研究成果為數(shù)不多。目前，還沒有

17、一種電度表產(chǎn)品具有按負(fù)荷功率額度實時分段檢測計量功能。對于高壓,尤其是 lO35kV 輸配電網(wǎng)的高糟度計量問題， 至今還沒有涉及實時分段計量。 復(fù)費(fèi)率分時段計量以時間參數(shù)為峰谷分段依據(jù)， 但這種分段不具有實時性， 且無法滿足精確計量的要求.本文為了解決精確計量問題，從電流傳感器的10kv35kv 的輸配電網(wǎng)電力負(fù)荷計量方1.3 電度表參數(shù)配置和論文組織結(jié)構(gòu)電度表參數(shù)配置如表 1-1 和表 1-2 所小。1-1電度表規(guī)格脈沖常數(shù)分流電阻/QCTB 格PT規(guī)格150250A2001150/50A10000/100V表 1-2 電度表參數(shù)設(shè)計ImaxVnIfullscalVfullscal250A1

18、0KV176.8A17.68KV電度表配置量程為 150A(250A)。有功、無功脈沖常數(shù)設(shè)計分別為 200impulsos/kW 田口200impulses/kVAR 匹配電阻為電流傳感器二次端的串聯(lián)分流電阻，其作用是把電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號； V 仆 Imax 對應(yīng)額定電壓值和負(fù)荷最大額定電流值， IfullscaI、Vfullcale 為 CS5467t 刻度輸入時對應(yīng)的負(fù)荷電流、電壓值。根據(jù)電度表參數(shù)設(shè)置和 CS5467f 量芯片特點，計算公式如下：Ifullscal=0.5V*500/1Q*1.414=176.8A式中。5VCS5467t 流通道滿刻度輸入信號，500 為電流傳感器變

19、比，1Q 為電流傳感器二次端分流電阻大小，電路結(jié)構(gòu)設(shè)計參考計量原理圖 32。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) GBXT15283-94 和國際標(biāo)準(zhǔn) IEC5211988,電度表標(biāo)有兩個電流值， 如 150(250)A0這里30 她基本電流(basiccurrent),符號 Ib,是確定儀表有關(guān)特性的電流值， 也稱此電流值為標(biāo)定電流。 括號內(nèi)所標(biāo) 250 電額定最大電流(ratedmaximumcurrent),符號 Imax,為滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的準(zhǔn)確度的最大電流值。設(shè)計時在外加額定電壓 Vn=10kV 寸，CS546和壓通道信號輸入為 0.5V。在負(fù)荷電流 Imax=250AM,CS546 選流通道信號輸入為 0.5

20、V。本設(shè)計分為 4 個章節(jié)進(jìn)行論述。第 1 章闡述了電度表技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，提出本文擬解決的問題及創(chuàng)新點，說明了電度表參數(shù)配置；第 2 章介紹了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，提出具體的設(shè)計要求；第 3 章分析了硬件電路結(jié)構(gòu)，介紹了芯片具體應(yīng)用特點，闡述了以CS546 為核心的計量電路設(shè)計和以單片機(jī) AT89S5 如核心的外圍電路設(shè)計； 第 4 章進(jìn)行論文總結(jié)工作，闡述了設(shè)計中的重點和難點及其解決。2章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與設(shè)計要求2.1 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發(fā)， 是在對系統(tǒng)功能、技術(shù)指標(biāo)、性價比、元器件的可購性等因素進(jìn)行可行性分析的基礎(chǔ)上，對多個方案比較權(quán)衡后確定

21、。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖參考圖 2-1 所示。后備電源 LIR2032圖 2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計應(yīng)用 Protel99SE 軟件進(jìn)行系統(tǒng)原理圖設(shè)計，參考附錄所示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖有以下幾個模塊組成，計量模塊、主控模塊、顯示模塊、存儲模塊、看門狗復(fù)位模塊、時鐘模塊、后備電源和主電源切換電路等。采用 CS546 計量芯片和 AT89S5 歿計三相電度表，單片機(jī)的 TQT1 對 CS5467 的/E1、/E2端子發(fā)出的脈沖計數(shù)，實現(xiàn)有功、無功等多個電量參數(shù)的計量。單片機(jī)通過 12C 總線進(jìn)行電量參數(shù)的定時存儲，通過按鍵進(jìn)行電量參數(shù)的查詢，通過液晶 HC1602a 行電量參數(shù)白顯示，采用AT24C025 片進(jìn)行電

22、量參數(shù)的存儲。考慮到存儲芯片擦寫次數(shù)的有限性，電量參數(shù)的計量累加在單片機(jī)內(nèi)部完成。DSl302 為分時段計量和定時存儲提供時間參數(shù)；通過三個功能鍵實現(xiàn) DSl302芯片時鐘的初值輸入調(diào)整。后備電源 LIR2032 為可充電的 3.6V1 電池，充電時電流最大不超過20mA 單片機(jī)復(fù)位采用 MAX813 芯片。電壓信號變換SPI計/E1單片機(jī)AINT0/E2I2C；52數(shù)據(jù)存儲電流信號變換/INTCS5467AI24C02SPI實時時鐘 DS1302液晶顯示 HC1602按鍵掃描及復(fù)位課題內(nèi)容圍繞三相電度表多個電量參數(shù)的計量、存儲、顯示、按鍵查詢展開。顯示分兩行顯示，每行 16 個字符。在參數(shù)顯

23、示的同時進(jìn)行代碼的顯示。若系統(tǒng)無中斷發(fā)生，液晶顯示當(dāng)前總的有功電量和無功電量，有功電量和無功電量代碼已為 E0、R0,數(shù)據(jù)顯示格式如圖 2-2,由 8 個整數(shù)位和 1 個小數(shù)位組成，顯示范圍 O-99999999.9。EO00000000.1RO00000000.1圖 2-2 計量數(shù)據(jù)顯示格式系統(tǒng)配置三個功能按鍵，記為 K2、K&K4.功能描述參考表 2-1 所示.表 2-1 按鍵功能描述與參數(shù)顯示按鍵類型一顯小界面小例功能描述S4E1:00000000.0E2:00000000.0顯示分時段計量的有功電量S5E3:00000000.0E4:00000000.0顯示實時段計量的有功電量S6P:

24、00000000.0V:00000000.0顯示瞬時有功功率 P、無功功率 VS4S 切合1101/06/00:00:00進(jìn)入時鐘初值調(diào)整，光標(biāo)寸斤調(diào)整對象S4S61&合H1:00021101/06/00:00:00異常事件記錄查詢SSS 朗合E0:00000000.1R0:00000000.1退出時鐘初值調(diào)整并返回主顯示其中 R0E0、E1、E2、E3E4P、V、H1、H2H 珞考符號約定部分說明顯示碼在進(jìn)行 LCtM示時表示顯示參數(shù)的物理意義，在源程序設(shè)計時，對應(yīng)全局變量名。電能計量結(jié)果通過三個功能按鍵進(jìn)行查詢顯示， 系統(tǒng)具體設(shè)計要求如下 d 實現(xiàn)總的有功、 無功等電能計量與顯示 z 通過

25、按鏈查詢顯示分時段電量、功率分段電量和瞬時有功、無功功率。！過對負(fù)荷瞬時功率的檢測，實現(xiàn)功率分段和有功電量的實時分段計量.！過對時問參數(shù)的檢測，實現(xiàn)電量參數(shù)的定時存儲和有功電量的分時段計量。周通過按鍵進(jìn)行時鐘初值輸入調(diào)整。0 實現(xiàn)異常事件的中斷記錄，其中異常事件包括斷相、過流、過壓等三種情況。3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計與實現(xiàn)本章節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路設(shè)計、功能模塊劃分和元器件選型。圍繞 CS5467 外圍電路設(shè)計，闡述了電能計量原理.并進(jìn)行有關(guān)電路參數(shù)計算；圍繞 AT89S52 外圍電路設(shè)計，闞述了各功能模塊與單片機(jī)的接口電路設(shè)計；最后介紹了電源模塊設(shè)計及其特點。計量芯片 CS5467引腳配置及功能描述

26、計量芯片 CS546 引腳配置如圖 31 所示。CS5467W 四個模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、功率計算引擎、能量頻率轉(zhuǎn)換器和一個串行接口組成的單一集成電路。用于精確測量瞬時電流和瞬時電壓， 以及在高性能功率測量應(yīng)用中計算 VRMS、IRMS瞬時功率和平均功率。止匕外，CS546 處具有兩個電流通道和兩個電壓通道，可同時進(jìn)行兩個相位的測量，并有系統(tǒng)電平校準(zhǔn)、溫度感應(yīng)、電壓驟降、電流錯誤監(jiān)測以及相位補(bǔ)償?shù)忍匦浴?CS5467 勺線性誤差小于讀數(shù)的 0.1%,動態(tài)范圍超過 1000:1。xoincCPUCLK匚VD*匚DGND匚SCLK匚SDO匚CSCMODE匚VIN1#匚廿凰九匚VREFOUT匚VREFI

27、N匚V1H2+CVIN2-匚圖 3-1CS5467 引腳配置計量電路原理計量電路采用CS546而用電能計量芯片， 由信號衰減網(wǎng)絡(luò)和濾波網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。衰減網(wǎng)絡(luò)用來實現(xiàn)負(fù)荷電流、電壓信號的衰減，由電流傳感器、電壓互感器組成；濾波網(wǎng)絡(luò)用來實現(xiàn)抗混疊濾波，由電阻、電容元器件組成。頻率混疊是3XIN3SDI3巨口乙而二RESETE3) )PFMON：IINU3IIN1-=1VA+3AGHD3IIH2+nIIN2-23W2G252+2322212O191S1723W2G252+2322212O191S17伯1515信號采樣處理中的特有現(xiàn)象，混疊會產(chǎn)生假頻率假信號，影響測量結(jié)果。在進(jìn)行電流、電壓信號衰減后

28、，要進(jìn)行抗混疊濾波設(shè)計。計量電路原理參考圖 32 所示。電流回路由電流傳感器進(jìn)行信號取樣，電壓回路由電壓互感器進(jìn)行信號取樣。計量芯片 CS5467 寸取樣信號進(jìn)行處理，計算出瞬時有功、無功功率。平均有功、無功功率通過瞬時功率的直流分量獲得。在電量累加寄存器中對平均功率進(jìn)行累加得到分相電量；分相電量可以通過 SPI 端口讀出， 也可以轉(zhuǎn)換為計量脈沖輸出。3CS5467t 兩路脈沖/U 出， 對應(yīng)蝴子為/E1 和 ZE2o脈沖輸出頻率與能量寄存器中累加的能量成正比，通過對脈沖計數(shù)實現(xiàn)電量參數(shù)的累加。圖 3-2 計量電路原理參考圖 32 所示， 設(shè)計最大負(fù)荷電流時， 電流通道輸入端為 O.5V。 V

29、IN1+、 VIN2SF號的正極性輸入端子，VIN1-、VIN2-為負(fù)極性輸入端子：各端子的抗混疊濾波網(wǎng)絡(luò)由lk 皿電阻和 10nF 勺電容組成。電壓通道采用單端方式輸入，設(shè)計額定電壓輸入時為0.5V。1234P1.55P14P1.778910TT-1213T4-XOUTXHNCPUCLKSDIVD+ZE2DGNDZE1SCLKZINTSDOZRESETZCSZE3MODEPFMONVIN1+IIN1-VIN1-IIN1-VREFOUTVA+VREFINAGNDVIN2+IIN2-VIN2-IIN2-CS546728-27P1.626P3.525P3.4FZINT-2322-21-20T9-1

30、81615,IF0.1u10J14.096MHzBT2TRANS1RBURD酢為二次端計量回路的分流電阻， 阻值大小為 1Q。 分流電阻選取要考慮阻值大小和額定功率兩個因素，阻值選取與負(fù)荷額定最大電流 Imax、傳感器變比 CTRNT 關(guān)。設(shè)計額定最大電流輸入時 CS546 和流通道為 Vf=0.5V。根據(jù)電度表參數(shù)配置，高變比時Imax=250A,CTRN=500 分流電阻肋計算如下：砧URD由 CTRN*Vf/Imax=1Q最大額定電流輸入時，分流電阻消耗功率時算為：P=(Imax/CTRNf*RBURD麗 0.25W接口電路設(shè)計接口電路用來實現(xiàn) CS546 片單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信,一方面可以

31、通過 SPI 口進(jìn)行計量芯片 CS5467 勺初始化，另一方面 CS546 才巴數(shù)據(jù)處理的 2 果以脈沖形式或 SPI 口送出，供單片機(jī)進(jìn)行計量處理。CS546 方單片機(jī)接口電路設(shè)計如圖 33 所示。圖 3-3CS5467 與單片機(jī)的接口電路設(shè)計VI-IL67y910IT121314XOUTXINCPUCLKSDIVD+/E2DGND正1SCLK/INTSDO/RESECSMODEVIN1+VIN1-/E3IIN1-IIN1-VREFOUTVA+VREFINAGNDVIN2+VIN2-IIN2-CS54670.1uF252423222r2019781716P1.0VCCP1.1P0.0P1.2

32、P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.6RSTP0.7P3.0/EA/VPPP3.1ALE/PROEP3.2/PSENP3.3P2.7P3.4P2.6P3.5P2.5P3.6P2.4P3.7P2.3XTAL2P2.2XTAL1P2.1GNDP2.04H10K0.1uF3.6VLIR2032+54577-26單片機(jī)外圍電路設(shè)計與器件選擇3.2.1 單片機(jī)及外圍電路設(shè)計AT892521 一款單片封裝的微控制器， 具有 8k 的程序存儲和 256 個字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲，可以滿足中小規(guī)模軟件編程需要。座位采用 MAX813L 門狗芯片。4為了避免因外界干擾而

33、導(dǎo)致應(yīng)用程序“跑飛”或出現(xiàn)死循環(huán)， MAX813 的 WD 電平在 1.6s 內(nèi)應(yīng)跳變一次，實現(xiàn)對 MAX813L 部時鐘寄存器清零，防止因“看門狗”溢出而導(dǎo)致單片機(jī)復(fù)位。單片機(jī)外圍電路設(shè)計參考圖 34 所示。圖 34 單片機(jī)外圍電路設(shè)計K2、K3、K4 為三個功能按鍵，按鍵掃描采用中斷方式進(jìn)行。功能按鍵有兩個作用， 一是電量參數(shù)及事件記錄的查詢， 二是時鐘參數(shù)的初值輸入調(diào)整。 圖中“與“門邏輯采用 74LS0 的片實現(xiàn)。主電源與后備電源之間的電路切換通過兩個二極管實現(xiàn)。后備電源采用可充電的 3.6V 鋰電池 LIR2032。主電源上電后，二極管 Dl 導(dǎo)通，D2止；主電源通過 10kQ 的電

34、阻對后備電源充電。主電源掉電后，二極管 Dl 截止，D2t通；后備電源開始對單片機(jī)進(jìn)行供電，使單片機(jī)的 RAW 累加的電量參數(shù)不丟失。掉電后 LIR2032 只對單片機(jī)和TDSl302 時鐘芯片供電，以減小能量消耗。這通過二極管 D1 的單相導(dǎo)通作用實現(xiàn)。SizeNumberRe_A4Date:6-Jan-201SheetofFile:D:MyDesign99SE.ddbDrawnBy:3顯示模塊 HC1602顯示采用 16x2 字符型液晶 HC1602 與單片機(jī)的接口電路如圖 35 所示P3TAL2TAL1GNDAT89S52圖 3-5 單片機(jī)與 HCl602 的接口電路設(shè)計圖中 C13C2

35、 吻單片機(jī)和液晶模塊 HCl602 的去耦電容。DBO-DB 為 HCl602 的數(shù)據(jù)線，與單片機(jī)的 P0.0-P0.7 端子相接。R 勸阻值可調(diào)的電位器，用來調(diào)整液晶顯示的對比度；當(dāng) VO子對地電壓為 OV 寸液晶顯示最為清晰。A、HCl602 背光燈的電源端子和接地端子，其中電源端子 K!過跳線 S3f 主電源相接。正常情況下 JP2 斷開以減小電度表能耗；在電量查詢時閉合 JP2,接通背光燈電源。顯示與按鍵相結(jié)合，用來實現(xiàn)電量參數(shù)的查詢顯示、黑密事件記錄查詢顯示SizeNumber以及時鐘參數(shù)初值輸入調(diào)整結(jié)果顯示。當(dāng)沒有中斷發(fā)生時，A4進(jìn)行總的有功、無功數(shù)據(jù)存儲 AT24C02存儲芯片采

36、用 AT24C02 該芯片具有 I2C 總線接口，具有掉電后數(shù)據(jù)不丟失特點。與單片機(jī)的接口電路參考圖 34 所示。存儲主要包括電量參數(shù)的存儲和異常事件的記錄存儲。 考慮到 AT24C0 芯片擦寫次數(shù)的有限性。 能量的累加在單片機(jī)的 RA 怖儲空間中完成， 采用定時方式進(jìn)行電量參數(shù)的存儲。 單片機(jī)不斷檢測時間參數(shù)， 當(dāng)存儲時間到，則啟動 I2C 總線把電量參數(shù)存儲到 AT24C0分配的地址單元。異常事件采用中斷方式進(jìn)行存儲。當(dāng) CS5467 僉測到過流、過壓、斷相等事件時，向單片機(jī)發(fā)出中斷申請。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)生的時間，+5VSSVDDR

37、/WDB0DB1P1P1P1)1)1P3P3P3)3)3)3P3P0P0P0P0P0P0/EA/VPPLE/PROEPSEP2P2P2P2-4-DB2DB3DB4DB5DB6DB7P2P2P2P2Date:電量顯示。 字符顯示是通過 P0 口讀入該字符的 ASCII 碼實現(xiàn)e:23-J an-2011MyDesign99SE.ddbSheetofDrawnBy:4LIR2032R7C140VCC12P0P001P1P1P1ID5Vcc2D40KDIOrnR-9C23POT2KSPSTHC1602存儲到 AT24C0 由分配的地址單元。的可靠性，在軟件設(shè)計上要有充分的冗余和糾錯。比如考慮到這種情

38、況，在進(jìn)行電量存儲時突然發(fā)生掉電事故，新的數(shù)據(jù)存儲尚未完成，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，對每一個電量參數(shù)分配兩組存儲單元。即使一組數(shù)據(jù)在存儲時被損壞，另一組數(shù)據(jù)則不受影響。時鐘芯片 DS1302時鐘芯片采用 DS1302。該芯片具有 SPI 總線接口，與單片機(jī)接口電路設(shè)計參考圖 3-4 所示.時鐘芯片有兩個作用.一是為定時存儲提供時間參數(shù)；二是為斷相、過流、過壓等異常事件記錄提供時同參數(shù)。DS130 家用雙電源供電模式，Vccl 為主電源輸入.Vcc2 為備份電源輸入。當(dāng)Vcc2Vcc1+O.2V 寸，由 Vcc2 向 DS1302供電，工作電壓范圍 2.55.5V

39、。DS1302 寄存器數(shù)據(jù)以 BC 幽格式存放。秒寄存器的CH 位控制時鐘的運(yùn)行和停止.當(dāng) CH=1 寸，時鐘停止；CH=0 寸.時鐘運(yùn)行。小時寄存器的位 7 用于定義 DS1302 的時鐘運(yùn)行模式，為 0 時采用 24 小時時鐘模式。在對DS1302 寫操作時，W 粒首先應(yīng)設(shè)置為 0,寫操作允許使能。電源模塊設(shè)計系統(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，其中整流電路采用 DB107 集成模塊，穩(wěn)壓電路采用7805 集成電路模塊；后備電源采用可充電的 LIP2032 鋰電池，主電源和后備電源的電路切換參考圖 34 單片機(jī)外圍電路。電源

40、模塊設(shè)計如圖 3-6 所示。7805 白+5V 俞出通過 S7B 線與系統(tǒng)的+5 颯絡(luò)連接。當(dāng) S 劑合時，系統(tǒng)處于上電工作狀態(tài)，此時二極管 LED 有通發(fā)光。CON 為兩路 9v 正弦交流信號輸入接口，中間為接地端子。C20C27%有極性的旁路電容.作用是使 7805 的輸入、輸出電壓保持基本穩(wěn)定；C26C2 叨 0.1卜F 的去耦電容，作用是濾除 7805 輸入、輸出信號中的尖峰脈沖成分。U1圖 3-6 主電源模塊電路論文針對 lOkV-35kV 俞配電網(wǎng)的精確計量問題， 提出按功率額度實時分段計量的電度表設(shè)計方案，選題具有良好的實用價值。采用 CirrusLogic 公司電能計量芯片 CS546 和單片機(jī) AT89S5 如核心器件，設(shè)計了電度表的總體方案，詳細(xì)介紹了硬件電路的設(shè)計和實現(xiàn)。圍繞 CS546 力卜圍電路設(shè)計，介紹了計量電路原理以及接口電路設(shè)計；然后介紹了單片機(jī)外圍顯示、數(shù)據(jù)存儲、時鐘等電路的設(shè)計。本文設(shè)計采用電流傳感器進(jìn)行電流