畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于cs5463的單相電表的設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧
2024-11-11 17:55 本頁(yè)面
【正文】 枚 IC卡產(chǎn)品，并將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到金融、交通、醫(yī)療、身份證明等多個(gè)行業(yè)，它將微電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，提高了人們生活和工作的現(xiàn)代化程度。從此， IC卡技術(shù)迅速發(fā)展，已經(jīng)形成一個(gè)涉及全球眾多著名電子巨頭的新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)與國(guó)際電工委員會(huì) (I EC)的聯(lián)合技術(shù)委員會(huì)為之制定了一系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范極大地推動(dòng)了 IC卡的研究和發(fā)展。目 前， IC卡的應(yīng)用已遍布全球。小小卡片與相關(guān)設(shè)備組成系統(tǒng)，就能為人類(lèi)提供非常豐富的服務(wù)功能，產(chǎn)生意想不到的奇跡，創(chuàng)造出巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 國(guó)內(nèi)外智能電表應(yīng)用現(xiàn)狀 在信息技術(shù)迅速發(fā)展的今天，公共事業(yè)收費(fèi)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化的呼聲越來(lái)越高，特別是住宅小區(qū)，將個(gè)人用戶(hù)的電表、水表、煤氣表，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中式抄表，形成家庭智能化管理，提高物業(yè)管理水平，減少勞動(dòng)強(qiáng)度是未來(lái)發(fā)展的必然選擇。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展和國(guó)家相關(guān)政策的推動(dòng)，民用計(jì)量?jī)x表的智能化是必然的發(fā)展方向。 這不僅是我國(guó)的一種趨勢(shì)，也將成為 世界性的一種趨勢(shì)。國(guó)家要求在電 表改造方面要實(shí)現(xiàn)供電部門(mén)和用電部門(mén)、居委會(huì)或物業(yè)管理部門(mén)在供用電管理的規(guī)范化、自動(dòng)化和收費(fèi)網(wǎng)絡(luò)化。 IC 卡智能電表解決了傳統(tǒng)手工抄表方法存在的速度慢、可靠性差、自動(dòng)化程度低等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)際應(yīng)用，收到了較好的效果，已成為我國(guó)用電管理的主流。政府也肯定了近幾年，IC 卡智能電表呈現(xiàn)出健康、穩(wěn)定的發(fā)展態(tài)勢(shì)。因此，智能 IC 卡表將是發(fā)展的主流。 IC 卡預(yù)付費(fèi)電能表以 IC 卡安全技術(shù)為核心，實(shí)現(xiàn)了售電和供電的智能化管理，達(dá)到一戶(hù)一表、先買(mǎi)后用的目的，杜絕了費(fèi)用拖欠和流失現(xiàn)象， 同時(shí)保證了銷(xiāo)售和供應(yīng)過(guò)程的可靠性和安全性，防止惡意攻擊和欺詐行為，使得整個(gè)預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)應(yīng)用置于供電局的安全控管之下 。 主要研究?jī)?nèi)容 本系統(tǒng)以高精度電表集成電路 CS5463 為計(jì)量核心、以 51 單片機(jī)為控制核心，并輔以必要的外圍電路，可以精確地測(cè)量電壓、電流、頻率、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、電量等各種單相電參數(shù)。系統(tǒng)主要包括采集模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、計(jì)量模塊、控制模塊、語(yǔ)音模塊、通信模塊等。同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)預(yù)購(gòu)置電量設(shè)置、分時(shí)段計(jì)量、超限保護(hù)、語(yǔ)音報(bào)警、打印以及與上位機(jī)通信功能。 的總體設(shè)計(jì) 方案 總體系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)選擇 方案一： 利用單片機(jī)采樣信號(hào)并且計(jì)算得出相應(yīng)參數(shù) （ 1） 簡(jiǎn)要框圖： 圖 1 方案 一 系統(tǒng)框圖 （ 2）原理概述 單相電電壓、電流經(jīng) 調(diào)理電路調(diào)整為 ADC 可以采樣的電壓，然后用兩個(gè) AD 在一個(gè)信號(hào)的周期內(nèi)采樣固定的點(diǎn) ，采樣時(shí)鐘由鎖相倍頻電路提供 。將采樣的得到的數(shù)據(jù)進(jìn) 運(yùn)算 ，得出相應(yīng)的電能參數(shù)。 相關(guān)公式有： 電壓有效值 2()11iiiUuN ?? ?， 電流有效值 2()n11NnIiN ?? ?， 有功功率 ( ) ( )11NnnnP u iN ????， 視在功率 S U I?? 功率因數(shù) cos /PS?? ?? 頻率測(cè)量采用測(cè)周法，調(diào)理信號(hào)經(jīng)過(guò)零比較給 FPGA或單片機(jī)中斷，計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)脈沖次數(shù)，從而得到頻率。 這種方案是通常的信號(hào)分析與處理的方法，可以 方便地 得出題目所要求的電流、電壓、 有功、無(wú)功等參數(shù) 。但是采用這種方案要求 MCU 進(jìn)行大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算 ， 且單 片機(jī)的截?cái)嗾`差 影響較大 ，使得最終的結(jié)果不會(huì)很精確。 此外， 數(shù)學(xué)運(yùn)算會(huì)占 用大量的 MCU 時(shí)間，使得我們很難去完成其他的附加功能 。 而且該方案使用了較多的硬件模塊，不僅不便于調(diào)試，而且成本較高。 方案二 采用集成的電參數(shù)測(cè)試芯片 CS5463 （ 1）芯片介紹 CS5463是 Cirrus Logic公司推出的高精度電表集成電路， 可 用于單相 或多相 多功能電能表的計(jì)量處理。 CS5463內(nèi) 部 集合兩通道ΔΣ模 數(shù)轉(zhuǎn)換器、功率計(jì)算、電能到頻率的轉(zhuǎn)換和一個(gè)串行口等， 可以精確測(cè)量瞬時(shí)電壓 、 電流和計(jì)算 IRMS、 VRMS、瞬時(shí)功率、有功功率和無(wú)功功率等 ，還 具有溫度傳感器 、 電壓下降檢測(cè) 、 相位補(bǔ)償功能 ， 而且 微控制器很方便用 雙向串行接口 控制。另外， CS5463可以增益調(diào)整，自帶溫度傳感器、數(shù)字濾波器分別消除溫漂誤差和濾出高次諧波， CS5463還可已自動(dòng)增益校準(zhǔn)、偏移校準(zhǔn)和相移校準(zhǔn)。 引腳功能 ? VA+/VA：正負(fù)模擬電源， +5 V/0 V 或 + V/ V 供電； ? VD+/DGND：和數(shù)字地， +5V/0V 供電； ? PFMON：掉電監(jiān)視器，監(jiān)視模擬電源狀況。 ? VIN+/VIN：電壓通道的差模模擬輸入，范圍是 177。250mV ； ? IIN+/IIN：電流通道的差模模擬輸入，范圍是 177。50 mV(PGA 設(shè) 置為 50 時(shí) )； ? VREFIN/VREFOUT：參考電壓輸入 /輸出，為片上調(diào)制器提供參考電壓及其輸出，通常為 V。 ? MODB 模式選擇，用于配置 CS5463 自引導(dǎo)模式； ? RESET/INT：復(fù)位及中斷； ? CS：片選信號(hào)，為低電平時(shí)，端口可識(shí)別串行時(shí)鐘等信號(hào)。 ? SCLK：串行時(shí)鐘輸入，該時(shí)鐘信號(hào)確定 SDI、 SDO 的輸入 /輸出速率，只在 CS 低電平時(shí)有效； ? SDI/SDO：串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出； ? E1/E2/E3(EOUT)：能量輸出，輸出低電平有效、頻率和能量成比例關(guān)系的脈沖， 3 個(gè)引腳分別對(duì)應(yīng)有 功功率、視在功率和無(wú)功功率。 圖 2 CS5463 內(nèi)部原理圖 如上為 CS5463的內(nèi)部原理圖，從上圖易知： CS5463的測(cè)量原理其實(shí)是對(duì)方案一的一種集成。從信號(hào)的采集到存儲(chǔ)、濾波調(diào)理、運(yùn)算，全部由芯片自動(dòng)完成，單片機(jī)只需要通過(guò)串行接口對(duì) CS5463進(jìn)行合理的初始化即可。 （ 2）簡(jiǎn)要框圖 圖 3 方案二系統(tǒng)框圖 如圖，電流、電壓信號(hào)經(jīng)調(diào)理電路后直接輸入 CS5463集成芯片中。MCU通過(guò)對(duì) CS5463進(jìn)行操作，即可方便地完成要求參數(shù)的測(cè)量。
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