【文章內(nèi)容簡介】 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。電容的接地點(diǎn)應(yīng)與采樣信號的地線盡可能短的連在一起。 VxP 和 VxN 輸入電路中電阻 1． 2kΩ 和電容 0． 01μF 構(gòu)成了抗混疊濾波器，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)要講究對稱，并采用溫度性能較好的元器件，從而保證電表獲得良好的溫度特性。任意一相電流與電壓反向時，芯片第 40 腳 REVP 輸出高電平，據(jù)此可以判斷接線是否有錯。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。 電源電壓 VCC、 AVCC 應(yīng)在 5(1177。5％ )V 以內(nèi)。 GND 與 AGND 為數(shù)字和模擬電源參考點(diǎn)，在 PCB 布線時應(yīng)將他們就近接大面積地，不要區(qū)分 GND 和 AGND，更不要在GND 和 AGND 之間接電感、電阻和磁珠等元件。 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。 所以電源電路的設(shè)計對電表的性能尤為重要，為了保證練好的電磁兼容性需要注意以下幾點(diǎn)： 1） 電源電壓 VCC、 AVCC 應(yīng)在 5V(誤差在 5%以內(nèi) ) 2） 建議在 7805 的輸出端接 2200uF 的濾波電 容 3） GND 與 AGND 為數(shù)字和模擬電源參考點(diǎn) ，在 PCB 布線時應(yīng)將他們就近接大面積地，不要區(qū)分 GND 與 AGND，更不要在 GND 與 AGND 指尖接電感、電阻和磁珠等元件。 4）大面積鋪地不要鋪到整流元件之前，電壓采樣的固定電阻下面也不要鋪地 ,做到強(qiáng)、弱電分開。 5）去耦電阻及電容靠近 IC 模擬部分保證較好的濾波效果。 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。 第 頁 10 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 圖 電源電路 處理模塊功能介紹及電路設(shè)計 ATT7022B 的 所有測量 值 都可以從 計 量參數(shù)寄 存 器中讀取 ， 每秒做三 次 數(shù)據(jù)更新（ 0x3f第七 路 ADC采 樣數(shù)據(jù)輸出更新速率 為 ）， 這 些參有 功率： 基波、諧波、全波有功功率、無功功率、視在功率，其中有分各相的和合相的值。功率是有符號號的量，所有的有功和無功功率都有方向，寄存器里以補(bǔ)碼形式 存 放，數(shù)據(jù)的最高位表示功率的方向， 0 表示正向， 1 表示反向。合相功率是各分 相 功率的代數(shù)和，利用合相有功功率、無功功率的 方向 ， 可以做四象限功率測量。 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。 功率的計算，對分相參數(shù)是寄存器讀數(shù)還原為原碼（即寄存器的讀數(shù)是二進(jìn)制 數(shù) ，在讀數(shù)最高 位為 1 時 ， 需 寄存器讀數(shù)進(jìn)行取反加 1 的 操 作。 讀數(shù)最高位為 0 時 ， 讀數(shù)本身就是原碼 ） 后 除以 2^8, 對合相 參 數(shù)是寄存器讀數(shù)還原為原碼后除以 2^6,計算 出的值還應(yīng)乘以系數(shù) 3200/N（ N 是脈 沖 常數(shù) ） ，當(dāng) 完 成功率增益補(bǔ)償?shù)男? 正后，這就是實際的功率了。 無功測量中采用了數(shù)字移相濾波器 ， 完成對電壓信號移相 90 度的信號 處 理， 在保 證 信號幅 頻 響 應(yīng)不衰減的前提下，能夠?qū)? 301500Hz 的采 樣 信號進(jìn)行移相 90度的處 理。 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。功率因數(shù)和相角都是 有 符號 的 值，在 寄存 器里以補(bǔ)碼形式存放 ，數(shù) 據(jù)的最高位表示功率因數(shù)或 相角的方向 ， 其 定 義與無功功率方向定義相同， 0表 示正， 1表 示 負(fù)。將功率因數(shù)寄存器讀數(shù)還原 為 原碼后除 以 2^23就 得到 功 率因數(shù)值，當(dāng)校表完成相位 補(bǔ)償后，這就是電網(wǎng)實 際 第 頁 11 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 的功率因數(shù)值。 相角的計 算 是將寄存 器 讀數(shù)還原 為 原嗎α后 ， Ф =（α /2^23） *2*180/π。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。－Φ；當(dāng)有功功率為 負(fù)，無功為負(fù)時，實際角度是 180176。＋Φ。功率因數(shù)和相角參數(shù)都不需要校正。 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。需將電壓相角測量功能開啟才能測到，讀取寄存器值除以 2^13,即為測量值。電壓夾角參數(shù)不需要校正，但只有當(dāng)電壓夾角測量使能控制寄存器 EnUAngle=0x003584 時， ATT7022B才能夠?qū)﹄妷合嘟菧y量進(jìn)行測量，從而可以得到電壓夾角參數(shù)；而當(dāng) EnUAngle 寄存器為其他不等 于 0x003584 的內(nèi)容時 ATT7022B則電壓夾角測量功能被關(guān)閉。在基波、諧波電能計量功能開啟時，電壓夾角測試功能不能長期打開。 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。讀取寄存器值除以 2^13,即為測量值。由 ATT7022B 信號處 理流程可以看出有效值的增益補(bǔ)償與功率增益補(bǔ)償是分別進(jìn)行的，即使電能誤差校準(zhǔn)了，有效值還需 一一進(jìn)行校正。 通常第 7 路 ADC 用于檢測零線電流大小，其有效值計算公式與 其它電壓電流 的計算公式 相同，但第 7 路 ADC 需由寄存器 GCtrlT7Adc 的 bit0 控制是否開啟， Bit0=1 開啟， Bit0=0 則關(guān)閉。 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。為了保證該矢量和計算的精度，建議校正后的電流 值與采樣值接近，在單片機(jī)中 將校正值乘以一個系數(shù)，得到測量值。 舉例來說，在電流 Ib輸入條件下，如 Ib為 ，校正前 A相電流寄存器的 值為 66A，B 相電流 寄存器的值為 63A， C 相電流寄存器的值為 61A，做電流校正時 將 A、 B、 C 相電流值均校正到 60A，這 樣，做矢量和時就能保證參與計算的數(shù)據(jù)的 有足夠的有效位數(shù)， 從而保證三相電流矢量和的精度。 單片機(jī)將校正后的電流值讀 出后，乘以系數(shù)，即可得到測量值 。 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(diǎn)的順序 來判斷電壓、電 流的相序是否正常。只要有一相電壓失壓，電壓逆相序標(biāo)志就置位； 同樣只要有一相電流為零，電流 逆相序標(biāo)志就置位。在三相三線的應(yīng)用中，電壓相 序是通過電壓夾角的大小來做判斷，這時不提供電 流相序的判斷功能。注意電流相 序的測量需要先使能其控制器，即將校表寄存器 0x30 賦值 0x005678。 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。在計量參數(shù)寄存器 0x2C 第 頁 12 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 中， bit bit4 給出了電壓逆相序和電流逆相序的狀態(tài)標(biāo)志。 失壓檢測： ATT7022B 有一個斷相閾值寄存器，當(dāng)檢測到電壓有效值寄存器的值低于斷相閾值寄存器的值，在計量參數(shù)寄存器 0x2C 中的 bit0、 bit bit2 就給出了 A、B、 C各相失壓狀 態(tài)標(biāo)志。 頻率：電壓信號的過零點(diǎn)， ATT7022B 測量出電網(wǎng)的基波的頻率，以補(bǔ)碼存放在寄存器中 , 因頻率值不可能為負(fù) ,所以最高位不可能為 1。讀取寄存器值除以 2^13, 就是頻率值，該參數(shù)不需要校正。電能： ATT7022B 提供各種電能記錄數(shù)據(jù)：全波正向有功電能記錄、全波反向有功電能記錄、全波正向無功電能記錄、全波反向無功電能記錄、基波（諧波）有功電能記錄、基波（諧波）無功電能記錄， RMS 視在電能和 PQS 視在電能。而每種記錄都會提供相應(yīng)的讀后不清零的電能寄存器及讀后清零的電 能寄存器（標(biāo)有 2 的 寄存器）。電能記錄與校表脈沖同步更新，即 CF口發(fā)一個電能脈沖，相應(yīng)的電能寄存器 數(shù)值加一。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)。 有功電能寄存器（ 0x1E到 0x21， 0x31到 0x34）記錄了正向和反向全波有功 電能的絕對值和， 同樣無功電能寄存器（ 0x22到 0x25， 0x35到 0x38）記錄了正 向和反向全波無功電能的絕對值和。 基波有功電能寄存器（ 0x50到 0x53， 0x70到 0x73）記錄了基波或諧波或 RMS 正向和反向有功電能的絕對值和，同樣基波無功電能寄存器（ 0x54到 0x57， 0x74 到 0x77）記錄了基波或諧波或 PQS正向和反向無 功電能的絕對值和。 合相電能（寄存器 0x2 0x2 0x3 0x3 0x4 0x4 0x4B、 0x4F、 0x5 0x50x6 0x6 0x6B、 0x6F、 0x7 0x77的值）是根據(jù)設(shè)定的能量累加模式， 將三相電能進(jìn)行絕對 值求和或代數(shù)求和的計算得到。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。從讀后清零的各相及合相電能寄存器（標(biāo)有 2的寄存器）讀數(shù)后，其對應(yīng)的 未 標(biāo) 2的寄存器也會在新的脈沖來到時被清零。當(dāng)芯片復(fù)位時，電能寄存器被清零。 溫度： ATT7022B 內(nèi)置溫度傳感器，并提供一個 8 位的 ADC 對溫度進(jìn)行采樣輸出， 分辨率在 1℃左右。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。 溫度傳感器需通過寄存器 GCtrlT7Adc(Addr:0x2C)進(jìn)行使能控制， 只有當(dāng) GCtrlT7Adc的 Bit2/1=10開啟， Bit2/1=00/01/11時則關(guān)閉溫度傳感 器。 第 頁 13 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 圖 ATT7022B處理模塊 單片機(jī)模塊功能介紹及電路設(shè) 計 智能電表這個 系統(tǒng)主要以單片機(jī) STC89C51為控制核心。三相電壓電流通過電壓互感器，電流互感器轉(zhuǎn)換后，接入三相專用電能計量芯片 ATT7022B實時采集變壓器的參數(shù)，通過 SPI接口將采集的各種參數(shù)送入單片機(jī) STC89C5l；同時，單片機(jī)通過串口建立通信，將數(shù)據(jù)上傳到中心站，可以根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行開關(guān)量的采集 。 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。 可以在 SPI信號 線上串聯(lián)一個 10Ω電阻并在信號輸入端加一個去耦電容，這個電阻靠近 IC的輸入端并與所接去耦電容 結(jié)合起來可構(gòu)成一個低通濾波器，從而可以消除接受信號 的高頻干擾。在保證 SPI通訊速率正常的情況 下，去耦電容可適當(dāng)選大，以增強(qiáng)抗干擾 能力，注意 CS、 SCLK、 DIN所串電阻和所并電容要盡量靠近芯 片， DOUT所串電阻和所并 電容要靠近單片機(jī)。 第 頁 14 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 2） 單片機(jī)必須對 SIG信號或其狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。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。 SIG 信號就是用來通知 外部 MCU的