畢業論文--基于單片機的多費率電表設計-文庫吧在線文庫

　　

【正文】 現通信功能等 常用器件有 PIC16 系列單片機、 MCS－ 51 系列單片機和 BL0938 微控制器等。峰 谷分時電價和避峰電價政策的出臺，將推動多費率表市場需求。比較典型的有美國 ADI公司推出 ADE7758 計量芯片，珠海炬力公司推出的 ATT7026A 和北京福星曉程電子公司推出 PL3223。而電能表配備 RS 一 485 接口具有成熟和性價比的優勢，適合未來采用更新、更好的通信技術，因此成為用戶目前較為理想的選擇而逐漸成為標準配置。隨著電力系統在不斷擴展三相多功能表的應用領域，三相多功能表的需求呈明顯上升趨勢。本方案主要使用各種相關芯片來實現對應各部分的功能 ,具有功能強大、結構簡單、可靠性高的優點。 ADE7758 電流采樣通過電流互感器實現，電壓采樣通過分壓電阻網絡實現。瞬時功率信號通過低通濾波器 LPFZ后分離出平均功率，平均功率在能量寄存器中不斷累加。電能計量芯片ADE775 ATT7022B 等在電能表設計中的應用，提高了電能計量精度，簡化了電能表設計結構。 預付費表技術趨于完善。隨著電力市場改造力度加大，對電能表的技術更新速度也提出了更高的要求。以ADE7758 計量芯片為例說明。該電能表目前主要用于發電廠、變電站和各大用戶，并不斷擴大到普通三相表用戶中。系統掉電時能自動切換到備用電源，保證時鐘正常工作。 圖 31 系統結構框圖 應用 軟件進行系統原理圖設計和 PCB 電路板設計，參考附錄 A和附錄 B 所示。單片機的 RXD、 TXD 串口預留作為 RS． 485 通信接口，文獻 [30]具體闡述了 總線通信過程的設計與實現。 實現總的有功、無功等電能計量與顯示 z 通過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。在 10MHz 晶振驅動下，最大采樣速率 25ksps。 ICP,ICN 12 REF in/out AD 采樣參考電壓，對地接 10μ F 和 F 并聯電容去耦。文獻 [31]提出不對稱的三相四線系統的濾波設計方案。 ADE7758 有兩路脈沖輸出，對應端子為APCF 和 VARCF。 電流傳感器在工作時二次端不允許斷路，在設計時采用 Rbl、 Rb2， Rb Rb4作為 二次端高低變比計量回路的分流電阻，阻值大小為 Q。在進行 PCB 電路設計時，在每一芯片的電源輸入端子外接 心的去耦電容，以提高電路的抗干擾性能。 圖中 c4， c5 為單片機和液晶模塊 HCl602 的去耦電容。在完 成 LCD 初始化設置后，把該字荷對應的 ASCH 碼“ Ox31”通過 P0 口寫入 LCD 的內部寄存器 DDRAM中。異常事件采用中斷方式進行存儲。即使一組數據在存儲時被損壞，另一組數據則不受影響。 C1 C14 用于提高電路的 EMI 性能。 CONl 為 PCB 設計時對應的插接端子，作為 ADE7758 電流、電壓信號的輸入連接部分，其第一個引腳記為 CONl1。 圖 47 主電源模塊設計 5 系統硬件調試與功能函數定義 應用 ME300B 對模塊電路進行在線仿真調試。不同網絡之間的安全間距設置為 12mil；采用自動布線方式，覆銅放在最后進行。載入封裝后的 PCB 電路板參考附錄 B2 所示。這種焊接方式不容易損壞芯片，焊接成功率高，且沒有毛刺。當仿真對象有短路故障刊，開發板上紅色的 LED 燈會不停的閃爍。 RS485 通信模塊測試 R8485 通信接口采用 485 芯片，與單片機的接口定義為： RO ； DE ；DI 。單片機在接收數據時，收、發端子通過平衡雙絞線將 AA、 BB 對應連接。則調用函數 display_1 進行分時段電量參數的顯示，調用形式為 display_1 2,E1， E2 。 ADE7758通過 內置的 SPI 接口與單片機進行數據通信。采取模塊化的程序設計方法，進行系統總體流程設計以及電量參數的算法流程設計，分析了功率分段計量的軟件設計與實現；進行按鍵中斷處理以及時鐘初值輸入調整設計， 闡述了基于ADE7758 的斷相、過流、過壓檢測原理。 定時存儲問題。主程序每循環一次，就進行一次瞬時有功功率的計算，并與切換功率朋比較。 ADE7758內部有一個數頻轉換 DFC，只有當 ADE7758 內部能量累加到一定程度時，這部分能量以脈沖的方式輸出。主程序每循環一次，就進行一次瞬時有功功率的檢測，并與切換功率肋比較。 以功率分段計量為例，軟件流程設計如圖 63 所示。 參考圖 42 計量電路原理，在小變比計量下，電流、電壓信號衰減倍率分別為 250 和 100 500。本方案采用中斷掃描，以提高單片機的執行效率。通過 P2 端口的狀卷判斷鍵盤的狀態。0xl0 0 amp。0x18 0x18 瞬時有功、無功功率顯示 K K3 按下 P2amp。 P2amp。舉例分析如下。當 ADE7758電壓通道峰值輸入在峰值 以下時，這種情況下認為系統斷相，此時對應于 時 SAGLVL 對應的檢測閾值計算如下，其中 INTO 為取整運算。 [3]李建斌，張順。 [7]楊瑞霞。 [12]杜佳，賀少華，陳硯圃。 [16]潘亮，鐘建強，李海斌。 [20]陳樹廣，武俊勝。 [24]趙晶。 [22]能昌會。 [18]黃焱，李定柏。 [14]葉寧，陳偉華等。 [10]張欣，李愛軍，單鵬。 [5]程妮，胡漢梅。基于 RFID 的預付費電能表的研制。系統上電后初值默認設置為 0。通過對該寄存器的設置可以實現斷相、過流、過壓等中斷事件輸出使能。0x0c 0 amp。 P2amp。 在按鍵中斷處理中，對按鍵狀態的檢測主要依據表 63 中的條件進行。用 C 語言編寫的源程序，定時沒有匯編語言精確；在關閉 INTO 中斷后，延時 1 秒左右；這段時間一方面用來進行按鍵消抖處理，一方面為組合鍵輸入預留一定的時間。 其中 X 元 ， Y 元 ， Z 元 。 圖 64 模擬信號仿真圖 Rfl、 Rf Rf Rf4 組成分壓網絡； Rf Cfl， Rf Cf2， Rf Cf3 組成抗混疊濾波網絡。該函數實現對 flag3 和 flag4 兩個位變量的數據刷新，為功率分段計量提供參考，其流程圖設計參考圖 62。本方案采用脈沖計數方式實現有功、無功電量累加，其中有功電量脈沖常數 200impulses/kWh，無功電量常數200impulses/kVARh。 flag4 用來存儲上次循環中 flag3 的賦值。定義兩個位變量 flag1 和 flag2，當時問在 00:00― 12:00 內時 flag1 l，否則 flag1 0。為了保證電量參數存儲的可靠性，在軟件設計上要有充分的冗余和糾錯。對 12 位增益寄存器 AIGAIN 地址 0x27 賦值“ 011 111111100”，需發送兩個 字節的數據實現，格式為：“ 0111 1111 1100”，其中“”為任意代碼組合。四個功能函數分別實現長整型數據的讀、寫操作以及字符型數據的讀寫操作，定義如下。用萬用表檢測 HCl602 與單片機的連接線焊接有無短路、斷路。測試結果如表 41 所示。 電源模塊電壓輸出測試。短路會造成芯片的燒壞，導致 PCB 系統不可用。 ADE7758 為貼片式封裝，引腳排列較密。進行電路板設計時，在芯片的電源引腳和接地引腳之間接入一個 的去耦電容。功能函數主要圍繞長整型以及字符型數據的顯示與存儲展開，最后對功能函數仿真調試中遇到的問題進行分析說明。 7805 的 +5V 輸出通過 JP5 跳線與系統的 +5V 網絡連接。 A、 B、 C 三個端子同時與單片機的 口連接。 DE 端子與單片機的 口連接。 表 42 AT24C02 存儲器單元地址配置 變量名稱 變量類型 存儲單元地址分配 物理意義 E0 Long int 0x00x07 總的有功電量 R0 Long int 0x080x0f 總的無功電量 E1 Long int 0x100x17 00:0012:00 時段內有功電量 E2 Long int 0x180x1f 12:0000:00 時段內有功電量 E3 Long int 0x200x27 低負荷時的有功電量 E4 Long int 0x280x2f 正常負荷時的有功電量 H1 Char 0x300x36 電能表斷相次數及時間記錄 H2 Char 0x400x46 單相過流次數及時間記錄 H3 Char 0x500x56 單相過壓次數及時間記錄 為了保證電量參數存儲的可靠性．在軟件設計上要有充分的冗余和糾錯。 AT24C02 結構圖如圖 45 所示 圖 45AT24C02 結構圖 存儲主要包括電量參數的存儲和異常事件的記錄存儲。正常情況下 JP2 斷開以減小電能表能耗；在電量查詢時閉合 JP2，接通背光燈電源。當 ADE7758 檢測到中斷發生時， IRQ 向低電平跳變，發出 INTl 中斷申請；單片機通過讀取 ADE7758 狀態復位寄存器內容，判斷中斷事件的類型。 路設計 接口電路用來實現 ADE7758 與單片機的數據通信，一方面可以通過 SPI 口進行計量芯片 ADE7758 的初始化，另一方面 ADE7758 把數據處理的結果以脈沖形式或 SPI 口送出，供單片機進行計量處理。 IAP 為差動信號的正極性輸入端子， IAN 為負極性輸入端子：各端子的抗混疊濾波網絡由 lkQ 的電阻和 10nF 的電容組成。電流回路由電流傳感器進行信號取樣，電壓回路由電壓互感器進行信號取樣。 19,20 CLKIN, CLKOUT 10MHz 輸入、輸出引腳。 ； IAP,IAN 。 4 系統硬件電路設計及介紹 本章節進行系統硬件電路設計、功能模塊劃分和元器件選型。在參數顯示的同時進行代碼的顯示?？紤]到存儲芯片擦寫次數的有限性，電量參數的計量累加在單片機內部完成。 顯示模塊的對比與選擇 有電量的測量，就相應的也應該要有顯示模塊來顯示，可直觀的說明情況，顯示模塊有 PCF8563T，具有極低功耗，高數據傳輸的特點。 由上比較在計量模塊上我選擇了 ADE7758 作為測量電量的模塊。 目前，我國感應式電能表仍占據相當的市場。當前，各大型器件公司紛紛推出自己的計量芯片，并不斷的進行產品更新換代。目前的通信方式在一個或幾個方面或多或少存在一些問題，無法全面滿足用戶的要求。 1 電能表技術現狀與發展趨勢 早在本世紀初，電子式電能表就已經取代感應式表，成為工商業用表的主流。 3 研究開 發了電子式硬件電路總體設計方案 ,設計出實現電能表功能所需要的電能計量部分和控制部分。針對 10― 35kV 輸配電網正常負荷和超低負荷兩種情況下的精確計量，提出按功率額度實時分段計量的電能表設計方案；為了調整電力負荷曲線，針對用電量的時間不均衡問題，提出復費率分時段計量方案。累加的能量經數頻轉換DFC 后轉換為脈沖輸出。隨著電能計量芯片的推陳出新 ，復費率電能表、防竊電電能表、配置 RS485 通信及紅外通信接口的電能表以及三相多功能電能表發展迅速。一方面由于供電部門加大對欠費用戶的管理力度，使市場需求升溫，另一方面由于技術改進，特別是使用了 CPU 卡和非接觸式卡等最