【正文】 .............................. 31 系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能 .......................................................................................................................... 31 系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)測試 .......................................................................................................................... 31 校表參數(shù) .......................................................................................................................................... 33 ............................................................................................................................................................ 37 7. 設(shè)計總結(jié)與心得體會 .............................................................................................................................. 38 8. 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................................. 39 附錄 1：相關(guān)設(shè)計圖 ..................................................................................................................................... 40 第 頁 2 西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 報告 隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展 ,電力已經(jīng)成為國家的最重要能源。居民用電絕大多數(shù)實行“分表制” ,即若干集中居住的家庭 (一個居住單元或若干居住單元的集合 )使用一個總的電表 ,每戶裝一個分電表 ,電力部門抄表員抄收總電表的電量 ,作為居民交付電費的依據(jù)。為了適應(yīng)社會的需要 ,保證用戶安全、合理、方便地用電 ,對傳統(tǒng)的電表 和用電的管理模式進(jìn)行改造 ,使之符合社會發(fā)展的需要就顯得很有必要。在社會走向信息化 ,網(wǎng)絡(luò)化 ,電力系統(tǒng)大踏步現(xiàn)代化的今天 ,手工抄表更是與無人值班等高度的自動化形成了鮮明對比 ,成為制約供電系統(tǒng)現(xiàn)代化管理的一大障礙。 目前 ,國內(nèi)智能電度表從結(jié)構(gòu)上大致可分為機(jī)電一體式和全電子式兩大類。傳統(tǒng)的電表可以分為單向機(jī)電式，單向電子式，多向機(jī)電式，多向電子式。 通常我們把智能電表計量一度電時 A\D 轉(zhuǎn)換器所 發(fā)出的脈沖 個數(shù)稱之為脈沖常數(shù) ,對于智能電表來說 ,這是一個比較重要的常數(shù) ,因為 A/D 轉(zhuǎn)換器在單位時間內(nèi)所發(fā)出脈沖數(shù)個的多少 ,將直接決定著該表計量的準(zhǔn)確度。6w~0 (2)精度 :就表的誤差范圍而言 ,2感應(yīng)式電表的誤差范圍則為 +0 (3)過載、工頻范圍 :智能電表的過載倍數(shù)一般能達(dá)到 6~8 倍 ,有較寬的量程。 (4)功能 :智能電表由于采用了電子表技術(shù) ,可以通過相關(guān)的通信協(xié)議與計算機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng) ,通過編程軟件實現(xiàn)對硬件的控制管理。但作為用電管理最重要也是最基礎(chǔ)的用電數(shù)據(jù)仍采用原 始落后的人工抄收的方法 ,不但勞動強(qiáng)度大、效率低 ,而且還會存在抄表不到位、估抄、漏抄、錯抄、錯算及抄表周期長等問題 ,對竊電的防治更無從談起。所謂智能電表 ,就是應(yīng)用計算機(jī)技術(shù) ,通訊技術(shù)等 ,形成以智能芯片 (如ＣＰＵ )為核心 ,具有電功率計量計時、記費、與上位機(jī)通訊、用電管理等功能的電度表 。電量來自電表表盤的旋轉(zhuǎn)在表盤上貼一反光標(biāo)志 ,當(dāng)標(biāo)志轉(zhuǎn)至發(fā)光二極管處 ,其光線被反射到電表的光敏管上 ,使其導(dǎo)通 ,產(chǎn)生一個電脈沖 ,此脈沖即可作為一個信號源送到外部的信號處理電路中實現(xiàn)相應(yīng)的功能。 ATT7022B 的功能及結(jié)構(gòu) ATT7022B 是一款多功能防竊電三相電能計量專 用芯片，該芯片適用于三相三線和三相四線的應(yīng)用。在設(shè)計智能電表的過程中變不可能采用 機(jī)電一體式 來設(shè)計，故而采用 全電子式（基于 ATT7022B 的智能電表的設(shè)計） 來完成本次本次課程設(shè)計。從互感器出來的信號，經(jīng)過濾波處理后 ， 消除了干擾信號，再疊加上一個參考電壓信號，即可送入 ATT022B 的 A／ D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣 。 本系統(tǒng)選用 220／ 電壓互感器 。所有的電流互感器都要根據(jù)二次電流是 多少 來確定電流互感器二次線圈并接的電阻。為保證測量精度，芯片第 5 腳外接濾波電容應(yīng)盡量靠近管腳處，走線粗短 ，遠(yuǎn)離其它信號線，且兩個電容均不可省去。芯片的輸入腳SEL 接高電平為選擇三相四線接線方式，接低電平為選擇三相三線接線方式。 電源 模塊功能 顧名思義就是為 ATT7022B 提供可靠的電壓，它的作用相當(dāng)之重要，如果專用計量芯片 ATT7022B 沒有一個良好的電源供電環(huán)境，那么怎么叫它工作呢。 6)用電阻網(wǎng)絡(luò)分壓取樣電路， VN 應(yīng)經(jīng)壓敏電阻后接內(nèi)部電路。 ATT7022B 專門 設(shè)置了功率方向寄存器 ， 將各相和合相的有功 、 無功 的功率方向集 于其中 ， 便于用戶使用。 功 率因數(shù)和相角：基波、諧波、全波分相和合相的功率因數(shù)及相角。在 不 同的象限中 ， 表 示的角度需做如下轉(zhuǎn)換：當(dāng)有功功率為正，無功為正時，實際角 度是Φ；當(dāng)有功功率為正，無功為負(fù)時，實際角度是 360－Φ；當(dāng)有功功率為負(fù)，無功為正時，實際角度是 180176。 電壓夾角： ATT7022B 給出各分相的電壓的夾角，只有全波的參數(shù) ,提供三個寄存器 YUaUb 、 YUaUc、 YUbUc 分別表示 AB/AC/BC電壓的夾角。 有效值： ATT7022B 提供基波、諧波和全波的各分相電壓有效值和三相的電壓矢量和有效值，以及全 波的電流有效值，三相電流矢量和有效值。 三相電流矢量和： ATT7022B提供三相電流的矢量和的有效值輸出，在三相四線的應(yīng)用中可 以用它檢測 出零線電流的大小。 電壓及電流相序的檢測：在三相四線的應(yīng)用中，通過檢測電壓、電流信號的過零點的順序 來判斷電壓、電 流的相序是否正常。 在基波、諧 波電能計量功能開啟時，電流逆相序檢測功能不能長期打開。讀取寄存器值除以 2^13, 就是頻率值，該參數(shù)不需要校正。因此將 能量寄存器的值，除以脈沖常數(shù)，即為實際用電度數(shù)。如果取絕對值求和模式累加三相電能，則合相的反相電能值（寄存器 0x4 0x4F、 0x6 0x6F）總為零。寄存器低 8 位有效，該值需校正，真實溫度值為 TCTM， TC 為校正值， TM為寄存器所讀數(shù)據(jù)，計算后的值要轉(zhuǎn)換成原碼，如高位為 1則取反加 1。 單片機(jī)與 ATT7022B一般有 6條連線，其中 4條是 SPI口線 CS、 SCLK、 DIN、 DOUT，一條 ATT7022B的復(fù)位控 制線，一條握手信號線 SIG，在應(yīng)用中應(yīng)注意 ： 1） SPI通訊連線應(yīng)盡可能 短，并且周圍用地線包起來 ,否則， SPI傳輸信號線可能受到干擾。在上電或者 ATT7022B受干擾復(fù)位，必須由 外 部 MCU通過 SPI口對校表數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，以保證計量的準(zhǔn)確性。 3) 為了在上電和單片機(jī)復(fù)位后， ATT7022B能與單片機(jī)同步的工作，單片機(jī)需要控制 ATT7022B的 RESET信號，復(fù)位過程為 RESET信號保持大于 20uS低電平，芯片復(fù)位，此時SIG 輸出高電平，然后單片機(jī)將 RESET信 號拉高，大約經(jīng) 500uS左右， ATT7022B完成初始化 ,SIG輸出低電平信號，此后才能進(jìn)行 SPI操作。它的主要原理是以 電流 刺激液晶分子產(chǎn)生點、線、面配合背部燈管構(gòu)成畫面。在電場作用下，液晶分子會發(fā)生排列上的變化，從而影響通過其的光線變化，這種光線的變化通過偏光片的作用可以表現(xiàn)為明暗的變化。這樣可以更加直觀的顯示我們想要知道的結(jié)果。 ATT7022B能夠測量各相以及合相包括基波、諧波和全波的有功功率、無功功率、視在功率、有功能量以及無功能量，同時還能測量各相電流、電壓有效值、功率因數(shù)相角、頻率等參數(shù)，充分滿足三相復(fù)費率多功能電能表的需求。提供兩類視在能量輸出， RMS視在能量以及 PQS視在能量， CF3 和 CF4也可被配置為視在能量脈沖輸出?？蓡为氂嬃炕娔?，消除諧波影響，公平計費； 電壓通道輸入有效值為 10mV到 1V信號，或電流通道輸入有效值為 2mV到 1V信號時輸出電壓或電流有效值的誤差小于 0． 5％； 第七路 ADC提供零線電流檢測，也可用于防竊電 (ATT7022A只有六路 )； 提供失壓判斷功能，具有反向功率指示； 提供有功、無功、視在校表脈沖輸出； 提供基波有功、基波無功校表脈沖輸出； 合相能量絕對值相加與代數(shù)相加可選； 電表常數(shù)、起動電流可調(diào)； 可準(zhǔn)確測量到含 21 次諧波的有功、無功和視在功率； 支持增益和相位補(bǔ)償、小電流非線性補(bǔ)償； 第 頁 17 西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 報告 具有 SPI接口，方便與單片機(jī)或其它設(shè)備通訊； 適用于三相三線和三相四線模式，可選擇； 電壓、電流信號均以交流差動電壓方式輸入，外部電路極為簡單； 提供 2． 45V基準(zhǔn)電壓作為外部交流輸入信號的直流偏置電壓，避免輸入失真； 采用 QFP44封裝，單 +5V供電。他可以可以直接與計算機(jī)連接。面板還應(yīng)保持絕對平整。為此： 1） 不要用手隨意去摸外引線，電路板上的電路及金屬框。 5） 不得使用真空吸塵器進(jìn)行清潔處理。 8） 取出或放回包裝袋或移動位置時，也虛格外小心，不要產(chǎn)生靜電。 模塊是經(jīng)精心設(shè)計組裝而成的，請勿隨意自行加工，修整。 4） 不要修改任何內(nèi)部支架。 4） 不要使用酸性助焊劑。若在電源穩(wěn)定接入前，或斷開后就輸入信號電平，將會損壞模塊中的集成電路，使模塊損壞。 3）在規(guī)定工作溫度范圍下限使用時，顯示響應(yīng)很慢。 6） 長期用于陽光及強(qiáng)光下時被遮部位會產(chǎn)生殘留影象。 第 頁 22 西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 報告 用 78/79系列三端穩(wěn)壓 IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過高時，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞 。這兩種封裝的圖形以及引腳序號、引腳功能如附圖所示。 此外，還應(yīng)注意，散熱片總是和接地腳相連。以聲卡為例，要實現(xiàn)對模擬信號 48kHz的采樣，頻率發(fā)生器就必須提供一個 48kHz 的時鐘頻率。這種晶體有一個很重要的特性，如果給它通電， 它就會產(chǎn)生機(jī)械振蕩，反之，如果給它機(jī)械力，它又會產(chǎn)生電，這種特性 交機(jī)電效應(yīng) 。 他們的機(jī)電效應(yīng)是機(jī) 電 機(jī) 電 ..的不斷轉(zhuǎn)換， 由電感 和電容組成的諧振回路是電場 磁場的 不斷轉(zhuǎn)換。 ⑵填寫電壓通道 ADC 增益 UADCPga（ 0x3F）設(shè)置電壓通道 ADC 放大倍數(shù)。 ⑹寫相位補(bǔ)償區(qū)域設(shè)置到校表寄存器 02H、 03H、 04H、 05H（命令 82H、 83H、 84H、85H若不做此步，表示不分段進(jìn)行相位校準(zhǔn)，此時相位校正值默認(rèn)取區(qū)域 0相位校正寄存器的值。 ⑻電表在輸入三相電壓，分別給 A、 B、 C相輸入基本電流，功率因數(shù)為 件下， 根據(jù)測得的各相 電能誤差值，寫相位校正值到到校表寄存器 0CH、 11H、 16H。 ⑽輸入基本電流，根據(jù)電流顯示值，分別寫校正值到校表寄存器 26H、 27H、 28H中。 軟件校表應(yīng)用 以 (6)A， 220V 三相四線表為例，設(shè)計參數(shù)如下： 脈沖常數(shù) N為 3200imp/kWh，額定電流輸入時，電流通道的輸入電壓 Vi 為 ，參比 電壓輸入時，電壓通道的輸入電壓 Vu 為 ，將該表設(shè)置成諧波計量狀