三相四线制电子式多功能电能表的设计与实现

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1、与开发三相四线制电子式多功能电能表的设计与实现李周平(陕西国防工业职业技术学院电子工程系，陕西西安710300)开发新产品，其设计采用智能型计量方法、优化软件代码等途径，通过创新关键技术、给出软件设计流程等主要环节．进行功能优化。并以NEC的六条负荷曲线和两套费率结构的三相四线电子式多功能向无功电能、四象限无功电能．还具有多费率控制、负．压、：过压、频率超限记录、数据LCD显示等多种功能。关键词：电子；多功能；电能表；设计；实现中图分类号：TN602文献标识码：A文章编号：1009—9492(2010)

2、04—0056—031引言高性能主控制器单元主控制器采用NEC公司8位单片电子式多功能电能表机中的高档产品IxPD78F0338。该款单片机为120脚QFP，主要针对国内市场三相用电的封装一工业用户，单片集成有60kBFlash、个异步通信串行口、。随着电力行业改革深入，工业三相用电对多功能电能表的需求大量增加。目前国内多功能表种类少、价格较高、功能不完善，往往仅是针对某些地区的特定要求开发．缺乏通用性，某些产品未能完全达到国标的要求。本文介绍的电子式多功能电能表正是为了适应这种市场需求而设计的。从总体

3、结构、硬件设计、软件设计⋯等方面进行了开发。2总体结构和硬件设计2．1总体结构电子式多功能电能表硬件的核心MCU主控制器．负责按键输入扫描、工作状态检测、计量数据的读人、计算和存储、电表参数的现场配置以及与外界的通信控制等。其主要功能单元包括MCU主控制器单图1多功能电能表总体结构框图元、电量计量模块、红外和RS-485通信模块、校表模块、EEPROM存储阵列等。其他辅助模40x4段LCD驱动器、高达10MHz的总线时钟和10路10块主要有：时钟日历电路、工作异常报警电路、按键输入位精度的ADC，并可通

4、过简单的接口进行在线系统编程，电路、复位和看门狗电路、开关电源模块和后备电池电极大地方便在线调试和软件升级；并且支持高级语言，较路、大屏幕液晶显示模块和LED显示模块㈦多功能电好地满足了多功能表任务繁多、数据量庞大、算法较复杂。¨3_能表总体结构框图如图1所示。的功能要求。收稿日期：2009—1I一24r_—————●▲—T—————T———■-_-——]【一．I曼鱼1．一．I研究与2．2串口复用通信单元是Sames公司生产的一款三相双向功率／电能计量芯片．通信电路模块主要包括TS0P1838红外接收头

5、、红外可以计量有功／无功功率、电压、频率、相序异常等，可发射二极管、载波电路、MAX487专用485收发电路、驱以单独计量每一相的用电信息，符合IEC521／1036标准，动／开关二极管和其他元件】。可达到1级交流电能表的精度要求．各数据寄存器具有24电能表为便于用户抄表．设计有红外本地抄表和RS一位精度，可通过三线SPI接口与CPU交换数据，从而可以485集中抄表两种串行抄表方式，因为~PD78F0338仅有较好地适应多功能表需要汁量多种电量数据的要求]。一个串口，故通信电路设计时采用串口复用技术。由

6、SA9904引脚及其外围电路图如图3所示。9012、9014和若干电阻等器件组成互补开关，由MCU的其中，LK、DO、DI构成与MCU控制器的接口，用于一个I／O口来控制红外和RS一485通信方式的切换．如图传输控制命令和测得的电量数据，Ilps、IIPt、IIPr用来对2所示。电流取样，IVP1、IVP2、IVP3用来对电压取样。2-4时钟日历模块时钟电路采用EPSON生产的RTC一4553实时时钟芯片。内部集成了32．768kHz的石英晶体振荡器，简化外围电路，并可以根据需要进行自由设置，以得到较高

7、的频率；同时集成有时钟和日历计数器，可选择24或12小时显示模式．时钟可通过软件方式进行间隔30s的调整．并提供0．1Hz或1024Hz的定时脉冲输出，以便于在电能表一22⋯33⋯3啪0的外部对时钟精度进行定期检查。RTC一4553引脚及其外围电路图如图4所示。其中，SCK、Sin、Sout与主处理器量至軎鱼接口，用于发送控制指令或者传输日期时间数据，系统日册一玛一埔一”一坞一一M一坞历时钟模块采用电池作后备电源，以确保在停电状态下，日期时间的准确无误l6]。3软件设计图2通信串行口复用电路3．1数据结

8、构设计多功能电能表，涉及的数据类型种类繁多。按字节2．3高精度电量计量模块分，包括单字节、双字节、三字节、四字节和六字节等，高精度电量计量模块由高精度专用电能计量芯片按表征的意义分有时间、时刻、电压、电流、有功功率、SA99o4，电流互感器和其他外围电路元件组成。SA9904无功功率、有功电能、无功电能、次数、功率因数、门GNDC33R4lR39●lOO一10QIIP2l0．0l0．01FIIN22lRR5IVP33R3lIIP34i634