【正文】 S485 通訊來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測量，通信距離 100 米以上。 C．加入紅外通信，通信距離 3米以上； D．其它（例如擴(kuò)展功能，提高性能等） 2 方案設(shè)計(jì)與論證 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)與論證 方案一、使用 DSP 芯片 TMS320LF240 ADC 芯片和 MCU 為核心器件組成系統(tǒng) 使用 DSP 芯片 TMS320LF240 ADC 芯片和 MCU 為核心器件組成系統(tǒng)完成信號(hào)采集、處理和外部控制功能框圖如下，該系統(tǒng)具有處理速度快，精度高等優(yōu)點(diǎn)。但是 DSP 外圍電路復(fù)雜，且此方案成本高， 所以我們放棄了此方案。 圖 1 方案一原理框圖 方案二、使用 MCU,用軟件來實(shí)現(xiàn)高速數(shù)字信號(hào)處理功能 2 通過采樣電路對(duì)三相電取樣，將采樣信號(hào)輸入給 MCU 進(jìn)行運(yùn)算，由 MCU 對(duì)大量的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到電壓、電流、相位、功率因數(shù)等參數(shù)，然后將所得參數(shù)存入相應(yīng)寄存器， MCU 做出相應(yīng)的控制 ,控制顯示裝置的輸出，通信單元的傳輸?shù)取? 方案三、采用專用計(jì)量芯片 ATT7028A 實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理功能 通過采樣電路對(duì)三相電取樣，將采樣信號(hào)輸入給專用計(jì)量芯片，通過計(jì)量芯片的內(nèi)部運(yùn)算后，將所得參數(shù)存入其相應(yīng)寄存器， MCU 通過相關(guān) 接口將所需參數(shù)讀到 MCU內(nèi)。 MCU 做出相應(yīng)的控制 ,控制顯示裝置的輸出，無線傳輸裝置的傳輸?shù)取? ATT7028A 是一款國產(chǎn)的電能計(jì)量專用芯片。除 A/D 轉(zhuǎn)換部分，在芯片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)運(yùn)算電路，可以大大節(jié)省測量系統(tǒng)主控 MCU 的工作負(fù)荷。該芯片通過軟件校正可將誤差校正到 級(jí)以內(nèi)，有效值測量誤差小于 ％，數(shù)據(jù)采集及處理時(shí)間大約為1/3 s。為了保證測量精度他的采樣頻率為 kHz。此芯片的接口簡單，價(jià)格低廉，使用方便。 方案論證：方案二優(yōu)點(diǎn)是不需要其它專門芯片，通過對(duì)單片機(jī)編程，用軟件實(shí)現(xiàn)各個(gè)參數(shù)的測量。 優(yōu)點(diǎn)是軟件編程靈活。缺點(diǎn)是由于大量的采樣和數(shù)據(jù)運(yùn)算給 MCU 帶來很大的負(fù)擔(dān)，大大影響 MCU 處理其他問題的速度。方案三中采樣信號(hào)送給 ATT7028A，ATT7028A 可直接對(duì)采樣信號(hào)處理，測出 有功功率、無功功率、頻率和功率因數(shù)等的測量 ，減輕了 MCU 的負(fù)荷。 方案選擇：通過比較，可以看出方案三，提高了系統(tǒng)的速度，確保了精度，減輕了編程的工作量，電路簡單。所以選擇方案三。 圖 2 系統(tǒng)總體方案框圖 控制部分 MCU的選擇 方案一、采用傳統(tǒng)的的 51 單片機(jī) 優(yōu)點(diǎn) :51 單片機(jī)價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛 , 功能簡單，易于控制而且操 作方便 ,技術(shù)比較成熟。 無論是從內(nèi)部構(gòu)造還是編程方面， 51 系列單片機(jī) 都相對(duì)簡單，容易掌握和使用。缺點(diǎn) :為了實(shí)現(xiàn)預(yù)存信息 ,必須外加具有掉電存儲(chǔ)功能的 EEPROM,而且在執(zhí)行動(dòng)態(tài)刷新的時(shí)候讀取 EEPROM 的速度慢，刷新頻率受到限制，而且 51 單片機(jī) 工作速度慢 ，片內(nèi)資源不豐富， I/O 口數(shù)量很少， 需要通過 硬件擴(kuò)展 I/O 口 。 這使得使電路的硬件、軟件變得復(fù) 非常復(fù)雜，同時(shí)復(fù)雜的外接電路會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，導(dǎo)致 性能變差 。 方案二、使用 ATMEGA16 單片機(jī) ATT7028A 電能計(jì)量芯片 IA 和 UA取樣 IB 和 UB取樣 IC 和 UC取樣 單片機(jī) 通信單元 顯示單元 按鍵 3 ATMEGA16 單片機(jī)具有高速度、低功耗、 豐富的片類資源 的優(yōu)點(diǎn) ，內(nèi)部含有 AD 轉(zhuǎn)換器、 EEPROM、摸擬比較器、 帶有 PWM 功能的 定時(shí)計(jì)數(shù)器等多種 內(nèi)部資源 ； I/O 接口多且 具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，灌電流可 直接驅(qū)動(dòng)繼電器、 LED 等器件，從而省去驅(qū)動(dòng)電路，節(jié)約系統(tǒng)成本。 方案論證：方案二中 ATMEGA16 單片機(jī)內(nèi)部含有 EEPROM,省去了外接存儲(chǔ)器； I/O端口多且驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，芯片抗干擾能力強(qiáng)，省去了 LCD 的驅(qū)動(dòng)電路；還具有功耗低，速度快等優(yōu)點(diǎn)。與方案一中的 51單片機(jī)相比，我們選擇 ATMEGA16 單片機(jī)。 方案選擇：通過比較，選擇方案二。 取樣電路 方案一、直接選用標(biāo)準(zhǔn)電阻取樣 電壓取樣需要精密電阻串聯(lián)分壓，而且電阻阻值要大，以減小功耗，選 380k 和100R 電阻串聯(lián)分壓，取出大約 的信號(hào)送入 ATT7028A,完成電壓信號(hào)取樣。電流取樣用組織較小的精密電阻，串聯(lián)在電路中，取其兩端電壓，實(shí)現(xiàn)電流取樣。優(yōu)點(diǎn)是取樣電壓與電網(wǎng)電壓沒有相位差，電路簡單。缺點(diǎn)是有電能損耗。 方案二、選用變送器 直流電流變送器將被測信號(hào)變換成一電壓，經(jīng) HCNR200/201 線性光耦直接變換成一個(gè)與被測信號(hào)成極好線性關(guān)系并且完全隔離的電壓，再經(jīng)恒壓（流）至輸出。具有原理非常簡單，線路設(shè)計(jì)精煉，可靠性高，安裝 方便等優(yōu)點(diǎn)。 變送器具有 準(zhǔn)確度高 、線性度 好、 集成化程度高，結(jié)構(gòu)簡單，優(yōu)良的溫度特性和長期工作穩(wěn)定性 等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是成本高。 方案三、選用電壓互感器，電流互感器 互感器直接從電網(wǎng)取樣，取出電壓信號(hào)和電流信號(hào)送入計(jì)量芯片 ATT7028A。采用互感器的取樣電路簡單、準(zhǔn)確度高切莫 互感器一次側(cè)和二次側(cè)沒有電的聯(lián)系，只有磁的聯(lián)系，從而保證了設(shè)備和人身的安全 .。 電流互感器把大電流按一定比例變?yōu)樾‰娏?，電壓互感器把通過 220 ? 電阻，把電流轉(zhuǎn)化成電阻。實(shí)現(xiàn)電流與電壓的取樣 。 方案選擇：經(jīng)過比較，我們選擇方案三。 顯示電路 方案一：選擇四位八段 LED 數(shù)碼管顯示 方案二：選擇 1602 液晶顯示 方案比較：數(shù)碼管顯示不如液晶豐富，占用大量 I/O 口資源，達(dá)不到我們系統(tǒng)期望到達(dá)的顯示功能，所以我們選擇液晶顯示。