【正文】 ，傳輸距離可達到1200米；配置了38KHz的紅外發(fā)送/接收電路，完成紅外抄表功能，傳輸距離大于4米。本設(shè)計的主要工作包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個方面。 智能電表設(shè)計的課題研究富有實用價值和市場前景。隨著我國智能電網(wǎng)的建設(shè)，智能電表的大規(guī)模應(yīng)用即將啟動，預(yù)計2015年我國智能電表覆蓋率80%，2020年達到100%。實現(xiàn)系統(tǒng)供電電源設(shè)計的具體方法。目前，關(guān)于三相電參數(shù)的測試與計量主要有兩種技術(shù)方案。采用專用的IC測試電參數(shù)已成為目前各種電能表制造廠商的首選技術(shù)方案。單片機是目前電能表行業(yè)中普遍選用的中央處理器。我們選用X5045作為外部數(shù)據(jù)存儲器，選用該型號的存儲器不僅可以方便數(shù)據(jù)的存儲，而且具有看門狗功能，監(jiān)視CPU的運行狀態(tài)和系統(tǒng)的電壓，保證系統(tǒng)的安全運行。 本設(shè)計的主要工作圖31 系統(tǒng)整體電路原理框圖系統(tǒng)工作原理： 第一步接通電源電路，CPU中央處理單元上電，系統(tǒng)進入待機狀態(tài)。當上位機向電表發(fā)出通信請求時，系統(tǒng)進入485通信狀態(tài)，通信結(jié)束退出該狀態(tài)。由Multisim軟件仿真得到VVV3波形如圖34所示圖34 系統(tǒng)電源部分電壓波形圖 變壓模塊 由220V交流電得到5V直流電第一步需要選用變壓器進行降壓處理，變壓器兩端的匝數(shù)比決定著降壓系數(shù)。 C13兩端電壓為V1的峰值電壓，所以V2=V1=，故C1C14的耐壓值可選擇50V。線性調(diào)整度：短路電流：230mA當任意一相功率反向時，提供功率反向指示信號 REVP； 最大輸入信號電平177。8, 15AGNDAGND這個模擬地是所有模擬電路的參考地9,10V5P/V5NIC相模擬電流輸入通道。所輸入端內(nèi)部都有靜電保護電路，這些輸入腳還有177。所輸入端內(nèi)部都有靜電保護電路，這些輸入腳還有177。31NEGPONEGP：當三相有功功率為負時輸出高電平，當三相有功功率為正時輸出低電平。如圖39 ATT7030A 信號處理流程圖 電壓電流輸入電路ATT70230A有6路A/D轉(zhuǎn)換器，電流取值在2mV至1V之間，%。 有功功率、有功電能測量 每一路有功功率的計算是通過對輸入電壓、電流信號進行相乘、相加、數(shù)字濾波來完成的。負功率指示信號NEGP：如果三相總有功功率為負，NEGP將輸出高電平，反之則輸出低電平。 在功率測量信號處理電路中，開關(guān)電壓和電流信號相乘得到瞬時功率，瞬時功率對時間積分轉(zhuǎn)換為電能。當脈沖周期小于550ms時，電能輸出脈沖周期占空比為1:1。對于炬力三相計量芯片，電表校驗脈沖CF1計算公式1： CF1=1600*Vu*Vi*G*G/Hfreq 式（）其中Vu是參比電壓輸入下，芯片電壓采樣管腳上對應(yīng)的電壓，Vi是額定電流輸入時芯片電流采樣管腳上對應(yīng)的電壓，（），Hfreq為高頻輸出常數(shù)。第四步：確定分壓電阻分壓電阻的選擇通常要考慮一下因數(shù)：分壓電阻的功耗，分壓電阻的耐壓值，誤差可調(diào)范圍。設(shè)計原理圖見圖319。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。32個可編程I/O口線；掉電標識符。X5045的存儲器與CPU可通過串行通信方式接口，共有4096個位，可以按5128個字節(jié)來放置數(shù)據(jù)。（3）看門狗定時器 看門狗定時器的作用是通過監(jiān)視WDI輸入來監(jiān)視微處理器是否激活。而SO上的數(shù)據(jù)則有SCK的下降沿輸出。WEL（WriteEableLatch）位用于指出“寫使能”鎖存的狀態(tài)。而在寫狀態(tài)寄存器時，應(yīng)先將拉低，然后送WREN指令，再拉高。它的操作很簡單，MCU只需通過模擬SPI三線接口就可以將相關(guān)的指令寫入MAX7219的內(nèi)部指令和數(shù)據(jù)寄存器，同時它還允許用戶選擇多種譯碼方式和譯碼位。高電壓中斷顯示 注意在接收時，先接收最高位D16，最后是D0，因此，在程序發(fā)送時必須先送高位數(shù)據(jù)，在循環(huán)移位。段驅(qū)動電流一般是流入ISET端電流的100倍。停機模式可以節(jié)省電源，當有一個連續(xù)的警報使顯示器發(fā)光時，時能離開掉電模式。圖325 系統(tǒng)鍵盤與CPU連接圖 485通訊模塊常見的串行通信標準 常見的串行標準有RS23RS42RS485等，它們最初都是由電子工業(yè)協(xié)會（EIA）制定并發(fā)布的。15V10V～+10V7V～+12V接收器輸入門限177。另有一個信號地C。75LBC184采用單一電源+5 V工作，額定電流為300 μA，采用半雙工通訊方式。 紅外通信的基本原理紅外通信是利用950nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體，即通信信道。紅外發(fā)射器的原理：串行數(shù)據(jù)由單片機的串行輸出端TXD送出，經(jīng)兩級與非門驅(qū)動PNP三極管,數(shù)位‘0’使三極管導(dǎo)通。HS0038 是塑封一體化紅外線接收器，它是一種集紅外線接收、放大、整形于一體的集成電路，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與TTL 電平信號兼容的所有工作，沒有紅外遙控信號時為高電平，收到紅外信號時為低電平,它適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸。行列式鍵盤與單片機P2口連接，其對應(yīng)關(guān)系如下表所示。，65H、66H、67H為電能存儲緩沖區(qū)，程序流程圖如圖44所示。對應(yīng)兩種狀態(tài)，單片機內(nèi)部存儲器中相應(yīng)開辟出BUFFLED1和BUFFLED2兩塊顯示緩沖區(qū)。CS EQU 。初始化需設(shè)置串口工作方式、波特率、中斷方式，具體設(shè)置如下。設(shè)置串口工作方式1MOV PCON,80H 。YNNYNY進中斷保護現(xiàn)場RI=1?CLR RI0AAH？發(fā)送電量數(shù)據(jù)R31R3=0?恢復(fù)現(xiàn)場退出中斷SETB SETB CLR CLR 圖410 紅外中斷程序流程圖5 測試結(jié)果與分析有功電能測量 在不同測試電壓、測試電流條件下，對三相智能電表進行測試，結(jié)果如表51所示。三項智能電表多功能化、智能化的實現(xiàn)體現(xiàn)了其相對于傳統(tǒng)電表的區(qū)別及先進之處，為我們建設(shè)“智能電網(wǎng)”的實現(xiàn)提供了技術(shù)支持，方便了工用、民用生活，證明本次設(shè)計研究具有廣闊的實際意義和市場前景。相反, 若用軟件來實現(xiàn)某些硬件功能可以節(jié)省硬件開支, 提高靈活性和適應(yīng)性, 但相應(yīng)速度要下降, 軟件設(shè)計費用和所需存儲容量要增加。紅外通信測試 紅外通信屬于設(shè)計要求之外的擴展功能，通過紅外抄表器與三相智能電表系統(tǒng)進行測試，、并可正常設(shè)置表號。開總中斷SETB ES 。在電度表抄表系統(tǒng)中，紅外通信的一方是單相電度表，另一方是手持抄表器，雙方約定當電表接收到抄表器發(fā)送來的“抄表指令”（0AAH）時，發(fā)送電表機號和電量數(shù)據(jù)。X5045數(shù)據(jù)端該電表系統(tǒng)中X5045的主要任務(wù)是：上電后讀取EEPROM中所存儲的電表機號及電能數(shù)據(jù)，對電能進行計量時將電能數(shù)據(jù)及機號寫入EEPROM，系統(tǒng)運行期間喂狗。7219顯示緩沖區(qū)1BUFFLED2 EQU 48H 。7219移位脈沖輸入端LOAD EQU 。鍵值存儲區(qū)NUM EQU 62H 。為增強系統(tǒng)實用性，本三相智能電表充分利用了CPU內(nèi)部中斷資源：485通信采用串行中斷、紅外通信采用INT0中斷。其設(shè)計電路如圖330所示，調(diào)制時序圖如圖331所示。（1） 紅外發(fā)射模塊的實現(xiàn)紅外發(fā)射模塊主要包括脈沖振蕩器、與非門、驅(qū)動三極管、紅外發(fā)射管等。在與單片機連接時接線非常簡單。當在接收端AB 之間有大于+200mV 的電平時，輸出為正邏輯電平；小于200mV 時，輸出為負邏輯電平。RS485 標準通常被用作為一種相對經(jīng)濟、具有相當高噪聲抑制、相對高的傳輸速率、傳輸距離遠、寬共模范圍的通信平臺。為擴展應(yīng)用范圍，EIA 又于1983 年在RS422 基礎(chǔ)上制定了RS485 標準，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA485A 標準。顯示檢測狀態(tài)在不改變所有其他控制和數(shù)據(jù)寄存器的情況下將所有LED都點亮。數(shù)字控制顯示亮度是通過亮度寄存器的低四位來控制的脈寬調(diào)制器來控制。當選擇非譯碼時，8個數(shù)據(jù)為分別一一對應(yīng)7個段和小數(shù)點位；B譯碼方式是BCD譯碼，直接送數(shù)據(jù)就可以顯示。讀寫書序MAX7129是SPI總線驅(qū)動方式。獨立的LED段控制 它與AT89S52的連接電路圖如圖321所示。任何被塊鎖保護的存儲器都只能讀出不能寫入?？刂莆挥糜谠O(shè)置看門狗定時器的操作和存儲器的塊鎖保護。X5045可提供最少為1000000次擦寫和100年的數(shù)據(jù)保存期，并具有穿行外圍接口（SPI）和軟件協(xié)議的特點，允許工作在簡單的四總線。當Vcc超過器件的Vtrip門限值時，電路將在200ms（典型）延時后釋放RESET以允許系統(tǒng)開始工作。X5045中的看門狗對系統(tǒng)提供了保護功能。低功耗空閑和掉電模式；1000次擦寫周期；CPU有功電量采樣使用光電耦合器隔離，提高其采樣的可靠性。%，則最小的可調(diào)電阻可取680歐姆。第一步：設(shè)Vu=，Vi=，電流互感器互感系數(shù)為1，則 Un=220V，Ib=1A， Hfreq =5760000000****(220*5 *400) =109938/400 =275由表333可得，此時Hfreq選擇為256。圖317 電能脈沖計量電路 校準 ATT7030A 提供電阻網(wǎng)絡(luò)校準方式，可以通過調(diào)整電壓采樣通道的電阻值來校準電能表。脈沖輸出寬度為90ms。在三相三線制模式下，電壓輸入通道的閾值電壓約為300mV。 式（）圖313 有功功率測量原理框圖有功電能的計算是通過瞬時有功功率對時間積分完成的。圖311 ATT7030A 電壓采樣電路圖312 ATT7030A 電流采樣電路ATT7030A的電流采樣通過電流互感器降流后再采用差分方式輸入。35PAOA相電缺相指示，當A相電丟失時輸出高電平36PBOB相電缺相指示，當A相電丟失時輸出高電平37PCOC相指示，當A相電丟失時輸出高電平38SUMI三相總電量相加模式選擇腳，內(nèi)部下拉300K電阻。25SCFI聯(lián)合S0/S1為輸出頻率選擇系數(shù)，內(nèi)部上拉300K電阻26SELI系統(tǒng)模式選擇端，高電平三相四線制，低電平三相三線制。所輸入端內(nèi)部都有靜電保護電路，這些輸入腳還有177。11REFOUTO基準電壓輸出，作為輸入信號的偏置12, 18AVCCAVCC模擬供電電源，在指定應(yīng)用時其電壓應(yīng)維持在5V177。6, 7V3P/V3NIB相模擬電流輸入通道。提供輸出脈沖F1/F2，用于驅(qū)動電量計度器和步進電機； ATT7030A 簡介 ATT7030A是一款對三相有功電能進行高精度測量的芯片，其特點如下：輸出阻抗:15mΩ，12KHz時。LM7805如圖36所示，1腳為輸入端，2腳為輸出端，3腳為接地端。要計算電容在某信號下的阻抗就必須考慮電容的等效模型，圖35是一般電容的等效模型，由一個等效電容C和一個等效電感組成。具體設(shè)計電路見圖33。次狀態(tài)下，CPU對脈沖進行計數(shù)及計算電量，經(jīng)過一段時間運算后得到這段時間中用戶消耗的電量。本設(shè)計產(chǎn)品可以實現(xiàn)預(yù)付費電量計量，而且當預(yù)付電量將要使用完時，可以發(fā)出報警信號。電流取樣使用電流互感器具有過載能力強，精度高，抗干擾能力強的優(yōu)點，但存在成本高，體積大的缺點；電壓取樣采用電壓互感器同樣具有過載能力強，精度高，抗干擾能力強的優(yōu)點，存在成本高，體積大，校表難度高的缺點；與采用互感器取樣比較電流采用錳銅電阻具有取樣方便，成本低的優(yōu)點，但存在過載能力弱，抗干擾能力差的缺點；電壓采用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)取樣具有取樣容易，校表方便、成本低的優(yōu)點，但存在過載能力弱的缺點。方案一：選擇RAM存儲器；方案二：選擇FLASH存儲器。 ATT7030A提供有功電能計量輸出脈沖，微處理器可方便的對電能實現(xiàn)計量。該技術(shù)方案已不再適用于工業(yè)環(huán)境中三相電能表的電參數(shù)測量。該部分是設(shè)計的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。 實現(xiàn)智能電表精確測量，達到1級精度要求的具體方法。 國內(nèi)外研究狀況歐美科技公司在智能電表方面的研究已經(jīng)走在了世界前列，也主宰著電能測量IC的主要市場。關(guān)鍵字：三相智能電度表；ATT7030A；單片機；紅外通信；485通信ABSTRACTWith the increasing of social power consumption, traditional ammeter has been difficult to perform plex power measurement management. The design of smart ammeter is based on highperformance power chip— ATT7030A, which is produced by American Hitrendtech pany. This chip is a highprecision threephase electricity measurement chip, which can plete threephase power parameter measurements precisely. Besides, it has a threephase threewire and threephase fourwire conversion function. This design work can easily into