【正文】 00：00和12：oo兩個時刻。在系統(tǒng)上電后，讀取AT24C02中上次存儲的兩組電量參數(shù)，若兩組參數(shù)相同，則表明上次存儲結(jié)果正確；否則把當前單片機RAM中的電量參數(shù)存儲到AT24C02中。電能計量采用中斷方式進行，保證了電能計量的及時性。b2,吣事件記錄的顯示州dd“叫168。比如．通過調(diào)用函數(shù)write2402_long()實現(xiàn)長整型數(shù)據(jù)的電量存儲，調(diào)用函數(shù)readl3020實現(xiàn)時鐘芯片寄存器數(shù)據(jù)的讀訪問，調(diào)用函數(shù)read7758一int()實現(xiàn)ADE7758能量寄存器數(shù)據(jù)的讀訪問。1dam區(qū)間，充分利用了AT89S52的256字節(jié)的RAM空間。參考圖45(a)灰色顯示，；但由于把變量全部定義在DATA存儲區(qū)，超出128個字節(jié)范圍，因此無法生成可執(zhí)行文件。參考文獻[41]、[42]，發(fā)現(xiàn)這一問題是由于變量定義時對存儲器類型設(shè)置不當造成的。功能函數(shù)的測試基本流程相同，對功能函數(shù)測試仿真的同時，也是對硬件電路的測試，兩者是同時進行的。單字節(jié)數(shù)據(jù)傳送時序如圖4．4所示。對12位增益寄存器AIGAIN(地址0x27)賦值“011l 1111 1100”，需發(fā)送兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)實現(xiàn)，格式為：“0111 1111 1100”，其中“”為任意代碼組合。ADE7758通過內(nèi)置的SPI接口與單片機進行數(shù)據(jù)通信。程序運行時，發(fā)現(xiàn)變量b的三次賦值分別為0x00、0x00x21，這說明秒寄存器中的數(shù)據(jù)在變化，晶振正常工作。定義兩個功能函數(shù)，分別實現(xiàn)對DSl302寄存器的讀、寫操作訪問。測試晶振是否工作。在讀操作中，單片機首先發(fā)送一個開始信號，緊接著發(fā)送含有寫操作命令的器件地址和存儲單元的首地址；收到應答信號后，單片機接著重新發(fā)送一個開始信號和含有讀操作命令的器件地址Oxal，其后才是存儲數(shù)據(jù)的傳送。單片機基于I2C總線的數(shù)據(jù)傳送格式[40]如圖4_3所示，其中灰色框表示單片機發(fā)送，AT24C02接收；其余為單片機接收，AT24C02發(fā)送。{long int a；char c[4]；e[0]=0x78；c[1]=0x56；c[2]=0x34；c[31=0x12；al=c[3]；／／執(zhí)行后a=Ox000000 1 2a=_lrol_(a39。這通過調(diào)用Keil C51中的本征庫函數(shù)unsigned long_Iror_ (unsigned long val，unsigned char n)實現(xiàn)，該函數(shù)功能是把val右移n位。在SCL總線處于高電平時，若檢測到SDA總線由低電平向高電平跳變，則結(jié)束I2C總線數(shù)據(jù)傳送。單片機通過I2C總線向AT24C02寫入一個字節(jié)的數(shù)據(jù)傳送時序如圖4—2所示。4．2．4存儲模嵌與存儲函數(shù)存儲芯片采用AT24C02．存儲模塊與單片機的接口定義如下：SDA=P2．1：SCL=P2 0。這樣處理把軟件測試和硬件測試分丌進行，有利]：查找軟硬件設(shè)計中存在的問題。功能函數(shù)仿真測試。函數(shù)形參說明與功能描述參考表42所示。測試結(jié)果表明，單片機能夠向RS485總線投送數(shù)據(jù)以及從RS一485總線正確接收數(shù)據(jù)。結(jié)合RS．485接rl電路圖37說明。利用ME300B的在線仿真功能，編寫測試源程序；參考RS一485接口電路設(shè)計圖3—7，結(jié)合KeiC51的斷點調(diào)試命令，用萬用衷測試相應端子電壓，檢測單片機能否向RS485總線發(fā)送和從RS485總線接收數(shù)據(jù)。這就表明，7805驅(qū)動負載過多會導致電源輸出電壓下降。把ME300B的仿真頭連接到PCB板對應的單片機插座上，打開ME300B主機電源，觀察到開發(fā)板上的LED燈沒有閃爍，表明系統(tǒng)沒有短路故障。 采用ME300B單片機開發(fā)系統(tǒng)進行功能模塊的短路測試。短路測試用來分析PCB電路各芯片電源端子與接地端子之間有無短路問題。結(jié)束后擦去多余的焊錫膏。 貼片式封裝ADE7758焊接特點。在進行印制電路板設(shè)計時，為了利用ME300B的仿真頭對PCB電路板進行在線仿真調(diào)試，單片機AT89S52沒有采用PCB庫元件中的封裝形式，而是自制一個40針的插接座封裝，單片機通過插接座接入PCB電路。在進行PCB電路設(shè)計時，在每一芯片的電源端子和地之間接入0．1 p F的去耦電容；電源線、地線和芯片的接地線應盡可能加寬。在布線時，電源線、接地線等走線寬度設(shè)置為40～60mil，推薦線寬60mil；信號線設(shè)置為10mil～20mil，推薦線寬15mil，其中40mil≈lmm。在對硬件電路調(diào)試的同時進行功能函數(shù)的設(shè)計與測試。C3C3C3C40為有極性的旁路電容．作用是使780LM7905的輸入、輸出電壓保持基本穩(wěn)定；C1C1C1，作用是濾除780LM7905輸入、輸出信號中的尖峰脈沖成分。電源模塊設(shè)計如圖39所示。CONl為PCB設(shè)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CONl—1。單片機根據(jù)瞬時功率檢測結(jié)果，通過對P1．0端口狀態(tài)設(shè)置，進行高低變比電流檢測信號的選通控制。3．2．6選通開關(guān)CD4053采用CD4053芯片實現(xiàn)電流傳感器高、低變比檢測信號的選通。當DE為高電平時，單片機向RS485總線發(fā)送數(shù)據(jù)；DE為低電平時單片機從RS485總線接收數(shù)據(jù)。3．2．5串行接口芯片 MAX485電度表配備通信RS485接口具有成熟性和性價比高的優(yōu)勢，硬件設(shè)計時預留出RS一485通信接口，采用毗,X485接口芯片。秒寄存器的CH位控制時鐘的運行和停止．當CH=1時，時鐘停止；cH=0時．時鐘運行。SPI總線時序結(jié)構(gòu)如圖3—6所示。即使一組數(shù)據(jù)在存儲時被損壞，另一組數(shù)據(jù)則不受影響。AT24C02存儲單元配置參考表3—3所示。單片機不斷檢測時間參數(shù)，當存儲時間到，則啟動12c總線把電量參數(shù)存儲到AT24C02中分配的地址單元。該芯片具有I℃總線接口，具有掉電后數(shù)據(jù)不丟失特點。字符顯示是通過P0口讀入該字符的ASCII碼實現(xiàn)，舉例如下．字符‘1’的ASCII為Ox31。A、K為HCl602背光燈的電源端子和接地端子，其中電源端子K通過跳縫JP2與主電源相接。3 2．2顯示徽HCl602顯示采用16x2字符型液晶HC1602，與單片機的接口電路如圖3—5所示。主電源上電后，二極管Dl導通，D2截止；主電源通過10ko的電阻對后備電源充電。功能按鍵有兩個作用，一是電量參數(shù)及事件記錄的查詢，二是時鐘參數(shù)的初值輸入調(diào)整。為了避免因外界干擾而導致應用程序“跑飛”或出現(xiàn)死循環(huán)，MAX813L的WDI電平在1。IRQ為ADE7758中斷輸出端子，低電平有效，漏極開路，外接lOkΩ的上拉電阻。去耦電容CC6的作用是濾除芯片電源輸入中的尖峰脈沖成分，旁路電容C29的作用是使ADE7758電源電壓輸入保持基本穩(wěn)定。10kV的電壓信號在經(jīng)過電壓互感器后轉(zhuǎn)換為100V，再由500MΩ和lkΩ的電阻網(wǎng)絡分壓后，其衰減倍率記為fv=100500。分流電阻Rb計算如下：高變比最大額定電流輸入時，分流電阻肋消耗功率助計算為：根據(jù)上述計算參數(shù)進行分流電阻的選擇。虛線框內(nèi)電路已完成PCB電路設(shè)計，框外衰減網(wǎng)絡在仿真試驗時通過分壓電阻網(wǎng)絡進行等效替代。P1．0為高電平時，CD4053的ay端子與a選通，A相小變比電流檢測信號選通，對應低負荷計量模式：P1．0為低電平時，aX端子與a選通，高變比電流檢測信號選通，對應正常負荷計量模式，此時LEDl導通發(fā)光。參考圖3—2所示，電流通道采用差動方式輸入，信號電壓小于0．5V；設(shè)計最大負荷電流時為O．2V。在電量累加寄存器中對平均功率進行累加得到分相電量；分相電量可以通過SPI端口讀出，也可以轉(zhuǎn)換為計量脈沖輸出。計量電路原理參考圖3—2所示。衰減網(wǎng)絡用來實現(xiàn)負荷電流、電壓信號的衰減，由電流傳感器、電壓互感器組成；濾波網(wǎng)絡用來實現(xiàn)抗混疊濾波，由電阻、電容元器件組成。該芯片采用SOIC封裝，有24個引腳，76個寄存囂：電壓通道采用16位ΣΔ型ADC，動態(tài)范圍20：1；電流通道采用24位ΣΔ型ADC，動態(tài)范圍500：1。⑤實現(xiàn)異常事件的中斷記錄，其中異常事件包括斷相、過流、過壓等三種情況。電能計量結(jié)果通過三個功能按鍵進行查詢顯示，系統(tǒng)具體設(shè)計要求如下。若系統(tǒng)無中斷發(fā)生,液晶顯示當前總的有功電量和無功電量，有功電量和無功電量代碼已為E0、R0，數(shù)據(jù)顯示格式如圖22，由8個整數(shù)位和1個小數(shù)位組成，顯示范圍O99999999．9。課題研究采用MAX485芯片進行RS．485總線與單片機的接口電路設(shè)計，其中RS．485通信軟件設(shè)計留待后續(xù)進行。DSl302為分時段計量和定時存儲提供時間參數(shù)；通過三個功能鍵實現(xiàn)DSl302芯片時鐘的初值輸入調(diào)整。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖有以下幾個模塊組成，計量模塊、主控模塊、顯示模塊、存儲模塊、看門狗復位模塊、時鐘模塊、RS一485通信模塊、計量回路選通模塊、后備電源和主電源切換電路等。第一章闡述了電度表技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，提出本文擬解決的問題及創(chuàng)新點，說明了電度表參數(shù)配置；第二章介紹了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，提出具體的設(shè)計要求；第三章分析了硬件電路結(jié)構(gòu)，介紹了芯片具體應用特點，闡述了以ADE7758為核心的計量電路設(shè)計和以單片機AT89S52為核心的外圍電路設(shè)計；第四章應用ME300B單片機開發(fā)板進行系統(tǒng)功能模塊調(diào)試，進行功能函數(shù)的定義與測試，介紹了顯示函數(shù)和存儲函數(shù)；第五章進行系統(tǒng)軟件流程設(shè)計以及電量參數(shù)的算法設(shè)計，闡述了功率分段計量以及按時間分段計量的軟件設(shè)計與實現(xiàn)，進行按鍵中斷處理設(shè)計和時鐘初值輸入調(diào)整設(shè)計；第六章進行仿真試驗，以功率參數(shù)為性能指標，說明電度表計量數(shù)據(jù)是真實有效的；第七章進行論文總結(jié)工作，闡述了設(shè)計中的重點和難點及其解決。括號內(nèi)所標(50)A為額定最大電流(rated maximum current)，符號Imax，為滿足標準規(guī)定的準確度的最大電流值。有功、無功脈沖常數(shù)設(shè)計分別為200impulses／kVAR和200impulses／kVAR；匹配電阻為電流傳感器二次端的兩個串聯(lián)分流電阻，其作用是把電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號；Vn、Imax對應額定電壓值和負荷最大額定電流值，IfullscaI、Vfullscale為ADE7758滿刻度輸入時對應的負荷電流、電壓值。對于高壓，尤其是lO～35kV輸配電網(wǎng)的高糟度計量問題，至今還沒有涉及實時分段計量。針對電能計量精度問題，文獻[10]進一步給出ADE39。為了擴大負荷計量范圍，減小電流傳感器的檢測誤差對計量精度的影響，采用雙變比電流傳感器進行電流信號的檢測，根據(jù)負荷的功率額度實時進行變比切換，使電流傳感器始終工作在檢測誤差最小狀態(tài)。按功率分段計量擬解決的問題。為了合理利用電量，調(diào)節(jié)電網(wǎng)負荷曲線．采用分時計費是一個有效的解決方案。為了實現(xiàn)正常負荷和超低負荷兩種情況下的精確計量，提出按負荷功率實時分段計量方案；為了緩解電力供需矛盾，調(diào)整電力負荷曲線，提出復費率分時段計量方案。該電度表目前主要用于發(fā)電廠、變電站和各大用戶，并不斷擴大到普通三相表用戶中。目前，我國感應式電度表仍占據(jù)相當?shù)氖袌?。以ADE7758計量芯片【1 8】為例說明。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(chǎn)品更新?lián)Q代。隨著電力市場改造力度加大，對電度表的技術(shù)更新速度也提出了更高的要求。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。增強電度表的諧波計量能力，是提高電能計量準確度的有效手段。電子式電度表在可靠性、準確度、功能擴展、性價比等方面顯著優(yōu)于感應表，有全面取代感應表的趨勢。在無線抄表方式中，紅外方式用于短距離通信，而GPRS技術(shù)可以實現(xiàn)遠程長距離通信。自動抄表技術(shù)發(fā)展頗具前景。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(shù)改進，特別是使用了CPU卡和非接觸式卡等最新技術(shù)，使預付費表的性能尤其是安全性和可靠性方面已逐步趨于完善。隨著電力系統(tǒng)在不斷擴展三相多功能表的應用領(lǐng)域，三相多功能表的需求呈明顯上升趨勢。隨著電能計量芯片的推陳出新，復費率電度表、防竊電電度表、配置RS485通信及紅外通信接口的電度表以及三相多功能電度表發(fā)展迅速?；诰_的試驗平臺，完成對電度表的增益和偏差校準，即可進行現(xiàn)場試驗和數(shù)據(jù)采集，具有良好的市場應用前景。以功率參數(shù)為性能指標，通過仿真試驗，對功率參數(shù)的理論值和電度表的顯示值兩組數(shù)據(jù)進行分析比較，得出電度表計量數(shù)據(jù)是真實有效的結(jié)論。 采用雙變比電流傳感器進行信號的檢測采樣，當負荷電流低于額定電流的20％時，單片機通過檢測功率，自動切換到低負荷計量回路，即小電流比計量回路，最大限度降低了電流傳感器低負荷運行時造成的信號檢測誤差，提高電能計量精度。針對1035kV輸配電網(wǎng)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度表設(shè)計方案；為了調(diào)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。為了評估電度表計量數(shù)據(jù)的真實性和有效性，對模擬信號輸入電路進行試驗設(shè)計，應用ME300B單片機開發(fā)系統(tǒng)進行在線仿真調(diào)試。目前，已完成樣表的設(shè)計與測試工作。電能計量芯片ADE775ATT7022B等在電度表設(shè)計中的應用，提高了電能計量精度，簡化了電度表設(shè)計結(jié)構(gòu)。1．1電度表技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢早在本世紀初，電子式電度表就已經(jīng)取代感應式表，成為工商業(yè)用表的主流。預付費表技術(shù)趨于完善。上述文獻為預付費電度表的研制提供了設(shè)計經(jīng)驗。文獻【4】基于單片機紅外通信實現(xiàn)了無線抄表系統(tǒng)設(shè)計，文獻【5】闡述了智能抄表系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展，文獻【6】基于低壓電力載波技術(shù)實現(xiàn)了單相電子式電度表的設(shè)計，文獻【7】把電力載波技術(shù)和GPRS技術(shù)相結(jié)合，闡述了遠程抄表系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)方案。文獻[9]基于GPRS技術(shù)進行了無線抄表系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)；文獻[10]基于ADE7758計量芯片進行了GPRS網(wǎng)絡電度表的設(shè)計。文獻【1 1】【12】闡述了三相電度表的錯接線對電能計量的影響。隨著抄表到戶的逐步實施以及電力部門的體制改革，自動抄表成為用戶強烈的需求，因此越來越多地要求電度表配備通信接口。模塊化設(shè)計成為趨勢。測量電路的集成化、模塊化是計量芯片的發(fā)展趨勢。文獻[17]介紹了三種計量芯片的工作原理，比較了各自的性能指標，為合理選擇芯片