單片機智能電能表設計(編輯修改稿)
2025-07-27 18:46 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 本設計選用了TI研發(fā)的一款低壓差線性穩(wěn)壓電源TLV70230。TLV70230具有非常低的跌落電壓，其輸出電流為300mA時，跌落電壓僅為200mV。TLV70230輸出+3V電源，可在外部線路斷電后為CPU、LCD、紅外抄表、報警電路、JTAG、BSL等供電。系統(tǒng)+3V電源電路如圖4所示。為實現(xiàn)RS485接口與電能表內(nèi)部電路的電氣隔離，本設計使用了B0505LM型隔離式DCDC電源模塊及光耦PC817。B0505LM輸出的5V電源單獨為485通信電路供電。另外，廣播校時和電能計量部分直接由開關電源輸出的5V電源供電。專用電能計量芯片以電路簡單、精度高、編程方便、簡化電表結構等多種優(yōu)勢，目前已經(jīng)成為電子式電能表設計的基本思路。目前國內(nèi)常用的電能計量芯片有美國ADI公司的ADE775X系列、深圳炬力公司的ATT7022X系列等。ADE775X計量芯片可提供各分相參數(shù)，但不提供功率因數(shù)、相角及合相電能等參數(shù)；而ATT7022X可以提供詳細的電能參數(shù)。根據(jù)多功能電能表的設計要求，系統(tǒng)采用炬力公司高精度的三相電能專用計量芯片ATT7022B。該芯片適用于三相三線和三相四線制應用，集成了7路二階ΣΔADC、參考電壓電路以及功率、能量、有效值、功率因數(shù)和頻率測量等數(shù)字信號處理電路，充分滿足了三相多功能電能表的設計需求，其外圍電路如圖5所示。圖5 ATT7022B計量電路通過將SEL引腳拉高，使ATT7022B工作于三相四線制計量方式；同時，利用CFx引腳輸出有功和無功脈沖，進行校表；電路采用6路測量通道，分別對三相電壓、三相電流進行采樣，并實時監(jiān)測失壓、失流及斷相等異常運行狀態(tài)。在電壓電流采樣電路中，系統(tǒng)采用互感器接入方式，通過電流型電壓互感器將電壓信號轉(zhuǎn)化為電流信號，再經(jīng)電阻轉(zhuǎn)化為電壓信號，同時用電流互感器獲得電流信號，經(jīng)電阻轉(zhuǎn)化為電壓信號。每相的電壓、電流采樣電路如圖6所示。圖6 電壓、電流采樣電路、故針對不同的額定工作值，可通過改變互感器變比、互感器二次側(cè)的并聯(lián)電阻值或ATT7022B的電壓放大倍數(shù)等，使ATT7022B進入最佳的計量狀態(tài)。圖6中，針對額定電壓220V、額定電流1A的工作條件，電壓采樣電路選用1:1的電流型電壓互感器，通過在互感器一次側(cè)串聯(lián)110KΩ的電阻，并在互感器二次側(cè)并聯(lián)240Ω的電阻，；電流采樣電路選用1A/1mA的電流互感器和100Ω的并聯(lián)電阻。實際運行中，通過監(jiān)測采樣電壓、電流的大小，并改變ATT7022B的電壓放大倍數(shù)使其工作在最佳計量狀態(tài)。針對電能表的手持抄表功能的需要，系統(tǒng)引入紅外通信方式。與其它通信方式一樣，紅外通信容易受到環(huán)境條件的干擾，其干擾源主要是白熾燈光與太陽光。而采用高發(fā)射功率的紅外發(fā)射管及使用帶有濾光器的接收器可以大大提高通信的抗干擾能力。設計中，選用高效率的TSAL6200作為發(fā)射管，一體化紅外接收器HS0038作為接收管。其中，TSAL6200的光功率達35mW，能有效增強紅外通信的抗干擾能力；HS0038接收器將光敏二極管、前置放大器和解調(diào)器封裝為一體，具有接收紅外信號、內(nèi)置信號放大、38KHz濾波、波形檢測輸出的作用。發(fā)送電路中，控制器的輸出信號與38KHz調(diào)制信號經(jīng)74HC02調(diào)制并反相，調(diào)制輸出信號再經(jīng)9013反相后驅(qū)動發(fā)射管TSAL6200。其中調(diào)制信號由38KHz晶振通過計數(shù)器CD4060產(chǎn)生。接收電路中，HS0038的輸出信號直接送入控制器接收引腳。目前，遠程抄表正逐漸成為主流抄表方式，為使系統(tǒng)具備遠程抄表及遠程調(diào)校功能，設計采用差分數(shù)據(jù)收發(fā)器SN75LBC184構成R
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