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35mm導軌式三相電能表系統設計
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        摘要:設計了一種基于MSP430F149的35mm導軌式三相電能表,該系統介紹了應運單片機+計量芯片采樣平臺實現電能表的終端計量的設計,該設計具有體積小、精度高、可靠性好以及安裝方便等優點,還可用RS485通訊接口與上位機實現數據交換。

        關鍵字:導軌式;三相電能表;計量芯片

        0  引言

        目前,隨著數字化、智能化的迅速發展,一般的壁掛式電表因其硬件平臺的限制, 不能夠很好的實現信息化、網絡化,并且還存在效率低下、精度不高以及安裝復雜等缺點。

        該電能表設計采用DIN35mm導軌式安裝結構、LED顯示、測量電能以及其它電參量,可進行時鐘、費率時段等的參數設置以及電能脈沖輸出,RS485通訊使得電能表進行組網管理得以實現,并且廣泛應用于廠礦、企業、商業、部隊、及廣電等終端用戶。

        1  硬件設計

        35mm導軌式三相電能表由鉅泉光電公司的單芯片計量集成電路ATT7022E設計完成的。其硬件設計包括電源設計、圍繞ATT7022E的采樣電路設計、通訊電路設計,CPU及其它相關電路等的部分設計。其系統框圖如圖1所示。

1.png

        圖1   系統框圖

        1.1電源電路部分

        電源設計采用線性電源,包擴兩部分:MCU及其相關部分電源電路和RS485通訊部分電路。此電源電路是一種標準的設計電源電路,包括降壓、整流、穩壓、濾波四個環節。設計中考慮有過壓、過流保護電路,以使電源模塊具有很好的可靠性、穩定性。

        1.2計量芯片采樣電路部分

        計量芯片采樣電路主要包括電壓采樣通道設計和電流采樣通道設計。

        電壓采樣通道設計采用分壓電路,通過一個柱形精密電阻分壓取樣網絡把輸入電表的電壓信號衰減到合適的范圍,經過抗混疊濾波后,再接入計量芯片電壓采樣通道。

        電流采樣通道設計采用電流互感器實現,線路電流流進高精度電流互感器進行耦合,經取樣電阻取樣后,變為一個合適量程的小信號,經過抗混疊濾波后,再接入計量芯片電流采樣通道。

        由電流互感器或其他元器件引起的誤差可通過各校表寄存器糾正。

        1.3通訊電路部分

        該電能表采用標準的RS485通訊信道,通訊協議為MODBUS-RTU規約。啟動后從站電能表為接收狀態,采用中斷方式進行數據接收,當接收數據滿足規約條件并校驗正確后,采用中斷方式進行數據回送。通訊操作包括讀數據、寫數據和校驗數據三種。

        1.4時鐘模塊電路部分

        時鐘模塊采用DS1302芯片進行設計,通過按鍵或通訊可實時查詢時間,其包括年事件、月事件、時事件、分事件、秒事件,根據不同的時間片可執行不同的任務,如時段費率檢測、數據凍結轉存檢測等。

        1.5顯示模塊電路部分

        顯示采用30×4段3.3VLCD段碼液晶,通過HT1621B液晶驅動芯片與MCU連接,可簡化電路,節約單片機I/O口,通過MCU控制液晶顯示,提供豐富的人機接口界面信息。

        2  軟件設計

        系統軟件設計主要包括兩部分:系統初始化部分和主程序部分。

        2.1系統初始化部分

        系統初始化包括系統時鐘初始化,中斷初始化、各功能模塊初始化以及I/O口初始化。

        2.2系統主程序部分

        系統主程序部分作為整個軟件的統籌部分,根據電源管理來完成不同模式下的任務調度,其完成的功能包括五大模塊:數據處理模塊、顯示模塊、時鐘模塊、存儲模塊和通訊模塊。軟件流程如圖2所示。

2.png

        圖2  軟件流程圖

        3  結束語

        基于MSP430F149單片機+ATT7022E計量芯片平臺技術設計的35mm導軌式三相電能表硬件結構簡單,故障率低,在分項計量項目中發揮極大作用,可有效減少施工難度及成本。由于其體積小巧、外觀美型、接線靈活、安裝方便,為低壓配電終端計量提供了有效的解決方案。

        參考文獻:

        [1]任致程,周中.電力電測儀表原理與運用指南[M].北京:中國電力出版社,2007.

        [2]姜龍,張力,陳鍵鋒.微型導軌式安裝電能表在終端配電計量中的運用[J].低壓電器,2008,16(3).

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