基于cs5460a 的单相智能功率表的设计

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1、基于CS5460A的单相智能功率表的设计李浩楠红塔辽宁烟草有限责任公司沈阳卷烟厂辽宁沈阳110000【文章】介绍了一种基于CS5460A的单相智能功率表的设计。本设计以AVR单片机MEGA128为系统的控制核心，运用带SPI接口的功率计量芯片CS5460A，系统配置RS485接口，128×64点阵LCD、键盘输入、实时时钟、FLASH存储器等。该功率表要实现的主要功能是功率参数的实时测量，存储与显示，并能够实现与PC机的通信。【关键词】CA5460；功率表；MEGA1280引言本次设计的单相智能功率表准确度高，响应速度快，测量面广，可用于

2、交流电压电流有效值、有功功率、无功功率，功率因数等电参数的综合测量，采用液晶显示，读数直观、准确，并使用掉电保护存储器保存数据，可以方便地查讯历史数据，同时带有串行接口RS485与计算机进行通信，方便的用于集散系统或采集系统。具有广阔的市场和发展前景。1系统硬件设计本系统采用模块化设计的硬件设计原则，整个装置分为两大部分：功率计量处理和AVR控制器处理部分。系统工作过程如下：通过电压/电流互感器分别采集单相交流电信号，将其转化得到的弱电信号经信号调理电路、模拟滤波电路送入功率计量芯片，处理后将有效数据送入CPU中进行下一步处理，完成数据的

3、实时显示或远程传输。系统通讯电路部分包含RS-485串行接口，可进行数据的远程传输；系统中包含键盘、显示（LCD）和开关量输入/输出、数据存储等外围电路，可以实现参数设置、数据显示、存储等功能。系统硬件框图如图1（A）所示。下面主要介绍主控制器和功率计量电路。2核心控制电路设计本系统中主控器为ATMega128，负责液晶显示、数据存储、数据传输、键盘管理、时钟芯片管理、功率芯片管理等诸多任务。其硬件接口电路设计如图1(B)如示。在本设计中用到的外设接口分为以下几类：1)通用I/O口：用于单个信号的控制。2)SPI口：用于与功率计量芯片CS

4、5460A和FLASH存储芯片AT45DB041D通信。3)I2C接口：用于与实时时钟芯片DS1307通信。4)UART1接口：与上位机通信的部分。3功率计量电路设计3.1功率计量芯片CS5460A介绍CS5460A是CIRRUSLOGIC公司推出的带有SPI接口的单相双向功率/电能计量集成电路芯片。CS5460A初始化后，经过互感器将电流电压信号转化为小信号的电压信号，电流通道和电压通道的信号被片内放大器放大后，通过两个同时采样的模/数转换器转换为数字信号，再通过高通滤波器消除信号中的直流成分，得到的瞬时电压、电流值进入高速数字乘法器相

5、乘，产生瞬时有功功率；瞬时有功功率又经过时间累计、平均，得到电能E，单位时间内的能量就是有功功率。经过计算后得到的电压和电流有效值、瞬时电压、瞬时电流、瞬时有功功率、电能分别存入对应的内部寄存器中，等待微处理器读取。3.2电压电流信号采集电路:使用电压互感器，电流互感器将220V电压，0－6A电流转化为符合功率芯片CS5460A输入要求（0～0.15V）的小信号。电路设计如图2（A）。3.3小信号调理电路设计这部分电路实现对由电压电流互感器采集的已符合CS5460A输入电压信号要求（信号有效值：-0.15V~+0.15V）的电压电流信号进

6、行限流，滤波，以提高测量精确度。如图2（B）。3.4功率计量电路设计本部分电路的功能是使用CS5460A对经过调理的电压电流信号进行处理，并将处理得到的电压和电流有效值、瞬时电压、瞬时电流、瞬时有功功率分别存入对应的内部寄存器中，等待微处理器读取。电路设计如图2（C）。4硬件电路设计总结1）原理图设计时需考虑各模块的功能和可行性，大到整个系统，小到每个芯片的引脚，都要仔细考虑；2）PCB布线时需遵守抗干扰规则。PCB设计结束后需仔细检查，对需要改正的地方进行修改。3）调试应遵循由简单到复杂的过程，以功能为单位，一部分一部分电路的进行，确保

7、每部分运行准确无误再进行下一部分的调试，这样便于找出问题。5结束语本文中基于CS5460A设计的单相智能功率表有多种优良的性能,能够满足电力部门的需要,具有一定的推广价值和较好的市场前景。【