【導讀】設備，數(shù)量多且應用普遍。實時地監(jiān)測配電變壓器運行中的各種參數(shù)，及時。優(yōu)化運行具有十分重要的意義。電量計量模塊就是用來實時檢測變壓器工況的電壓、電流、功。態(tài)進行及時處理。變壓器保護的設計目標、功能需求以及性能需求。硬件部分選取AT89S51單。電流和電壓值，電流、電壓檢測電路由電流互感器和電壓互感器組成。單片機及其外圍設備的控制，使軟件開發(fā)的效率和靈活性大大提高。

　　

【正文】 LM7805 主要特點： 輸出電流可達 1A；輸出電壓有 5V；過熱保護；短路保護；輸出晶體管SOA 保護；極限值（ Ta=25℃ ； V1—輸入電壓 35V（ Vo=5V~18V）；工作結溫范圍： 0℃ ~125℃ ；貯存溫度范圍： 65℃ ~150℃ 。 +5V穩(wěn)定電壓輸出電路線路設計如圖 216所示變壓部分是一個 220V/12V的變壓器，經(jīng)過橋式整流電路，產(chǎn)生直流電壓，經(jīng)電容和 LM7805濾波穩(wěn)壓后，就產(chǎn)生了穩(wěn)定的直流 +5V電壓。另外， 在變壓器一次側并聯(lián)了壓敏電阻，正常工作時處于高阻狀態(tài)，無電流通過。若兩工作電流急劇增大端高于額定電壓，則迅速擊穿，由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)， 切斷 芯片電源供應。 1J11J21J31J41KRV11KRV21KRV3D1D2D3470uFC7470uFC8470uFC9C10C11C1210R19T1220V/12VT2220V/12VT3220V/12VVin VoutGNDU4 LM7805VAINVBINVCINVNVNVNAVCCV1P 圖 216 +5V電壓輸出電路 167。 小結 本章首先詳細介紹計量芯片 ATT7026 使用方法，包括管腳的功能介紹、河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 25 內(nèi)部的模塊分布及有關參數(shù)的測量方法。通過這些介紹，使讀者對該芯片有個詳細的了解。接著對電壓電流檢測電路、復位電路、電源電路進行了設計。這些電路都是為 ATT7026 在整個模塊中的功能實現(xiàn)服務的。 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 26 第 3章 電量計量軟件模塊的設計 ATT7026支持全 數(shù)字校表，即軟件校表。經(jīng)過校正的儀表，有功精度可高達 ，無功精度 。在本設計中選擇軟件校表方式， SCF、 S0、 S1應全部接高電平或者全部懸空不接。 167。 軟件校表設計 167。 寄存器定義 表 31 校表寄存器定義 地址 標識符 功能描述 0x1B UgainA A相電壓校正 0x1C UgainB B相電壓校正 0x1D UgainC C相電壓校正 0x1F Istartup 啟動電流 0x26 IgainA A相電流校正 0x27 IgainB B相電流校正 0x28 IgainC C相電流校正 表 32 計量參數(shù)寄存器定義 寄存器名稱 功能描述 第一相電壓有效值 24 位，代表第一相電壓有效值。 地址： 000D 第二相電壓有效值 24 位，代表第二相電壓有效值。 地址： 000E 第三相電壓有效值 24 位，代表第三相電壓有效值。 地址： 000F 第一相電流有效值 24 位，代表第一相電流有效值。 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 27 地址： 0010 第二相電流有效值 24 位，代表第二相電流有效值。 地址： 0011 第三相電流有效值 24 位，代表第三相電流有效值 。 地址： 0012 三相電流之和有效值 24 位，代表第三相電流之和有效值。 地址： 0013 三相四線時，在三相平衡負載情況下，三相電流瞬時值之和應該是零，提供三相瞬時電流和之均方根可以檢測這一狀態(tài)。 167。 參數(shù)計算 電流 Ib經(jīng)電流互感器后對應到輸入通道上的電壓有效值應該在 100mv左右，而電壓 Un經(jīng)電壓互感器或者電阻分壓網(wǎng)絡后對應到輸入通道上的電壓有效值應該在 500mv左右。 下面公式中的增益 G是指 ATT7026的 ADC增益系數(shù)， G恒定為 。 (1)電流增益校正 IgainA、 IgainB、 IgainC 在 Igain=0 時，標準表上讀出實際輸入電流有效值 Ir，通過 SPI 口讀出測量電流有效值寄存器的值為 DataI 已知：實際輸入電流有效值 Irms 測量電流有效值： Irms＝ DataI* 102 / 232 （ 31） 計算公式： Igain=Ir/Irms1 （ 32） 如果 Igain=0，則 Igain=INT[Igain* 232 ] （ 33） 否則 Igain0，則 Igain=INT[ 242 +Igain* 232 ] （ 34） (2)電壓增益校正 UgainA、 UgainB、 UgainC在 Ugain=0 時，標準表上讀出實際輸入電壓有效值 Ur，通過 SPI 口讀出測量電壓有效值寄存器的值為DataU。 實際輸入電壓有效值 Ur 測量電壓 有效值： 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 28 結束 分別寫入三相電流校正值 Igain=0 三相電流有效值計算 Irms 讀電流寄存器值 DataI 開始 計算三相電流校正值 Igain Igain=INT[Igain* 232 ] Igain=INT[ 242 +Igain* 232 ] Uc＝ DataU/ 232 （ 35） 計算公式： Ugain=Ur/(Uc* 102 )1 （ 36） 如果 Ugain=0，則 Ugain=INT[Ugain* 232 ] （ 37） 否則 Ugain0，則 Ugain=INT[ 242 +Ugain* 232 ] （ 38） ATT7026校表程序： (1)寫 A、 B、 C相電流校正，程序流程如圖 32。 (2)寫 A、 B、 C 相電壓校正，程序流程如圖 33。 圖 32 電流校正流程圖 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 29 開始 讀電壓寄存器值 DataU 三 相電壓有效值計算 Uc 計算三相電壓校正值 Ugain Ugain=0 分別寫入三相電流校正值 結束 Ugain=INT[ 242 +Ugain*232 ] Igain=INT[Ugain* 232 ] N Y 圖 33 電壓校正程序流程圖 167。 SPI 通信軟件設計 ATT7026內(nèi)部集成了一個 SPI串行通訊接口。 SPI接口采用從屬方式工作，使用 2條控制線（ CS、 SCLK）和兩條數(shù)據(jù)線（ DIN、 DOUT）。 167。 SPI 讀操作 ATT7026中的計量參數(shù)以及校表參數(shù)寄存器是通過 SPI提供給外部MCU。 SPI接口讀操作時序圖如圖 34所示： 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 30 圖 34 讀操作時序圖 命令格式說明： 7 6 5 4 3 2 1 0 Bit7: 0 表示讀命令，用于外部 MCU讀取 ATT7026的計量數(shù)據(jù)； Bit7: 1 表示寫命令，用于更新校表數(shù)據(jù)； Bit6： 0: 表示數(shù)據(jù)地址，參照參數(shù)輸出部分的寄存器定義部分。 工作過程： 先通過 SPI 寫入 1個 8 Bits的命令字，可能需要一個等待時間，然后才能通過 SPI 讀取 24 Bits的數(shù)據(jù)。在 SCLK低于 200KHz時，可以不需要等待，即等待時間為 0μs；當 SCLK頻率高于 200KHz時，則需要等待大約 3us。 注意：發(fā)送命令時 MSB在前， LSB在后。接收數(shù)據(jù)時也是 MSB 在前，LSB在后。 SCLK為高時更新 DIN或 DOUT上的數(shù)據(jù)，每個寄存器的讀或寫需操作一次 CS。 SPI讀操作程序框圖如圖 35所示。 圖 35 SPI讀操作程序框圖 SPI讀操作程序如下： SPI 寫操作 寫入一個 8 bits 命令字 通過 SPI 讀取 24 Bits 數(shù)據(jù) SPI 讀操作結束 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 31 Read SPI (Byte Com, UINT Data) {uchar n。 CS=1。 SCLK=0。 CS=0。 for(n=7。n=0。n) //發(fā)送 8字節(jié)指令到 SPI {SCLK=1。 DIN=。 nop。 nop。 nop。 SCLK=0。 } Delay(3)。 //延時 3us for(n=23,Data=0。n=0。n) //從 SPI上讀取 24個字節(jié) {SCLK=1。 =DOUT。 nop。 nop。 nop。 SCLK=0。 } CS=1。 return (Data)。 } 167。 SPI 寫操作 校表數(shù)據(jù)是外部 MCU通過 SPI寫到 ATT7026中的。 SPI接口寫操作時序圖如圖 36所示： 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 32 圖 36 寫操作時序圖 命令格式說明： 7 6 5 4 3 2 1 0 7/6: 1 0 表示寫命令，用于更新校表數(shù)據(jù)。 7/6: 1 1 表示寫入特殊命令字。 7: 0 表示讀命令，用于外部 MCU 讀取 ATT7026 的計量數(shù)據(jù)。 工作過程：先通過 SPI 寫入 1個 8Bits的命令字，接著通過 SPI寫入 24Bits的數(shù)據(jù)。 注意：同樣是 MSB在前， LSB在后。 特殊命令主要包括兩個： 0xC3以及 0xD3。 0xC3：清校表數(shù)據(jù)命令。 在校表之初必須將 RAM中的校表數(shù)據(jù)的內(nèi)容清零，然后再進行校表。 0xD3：軟件復位命令。 外部 MCU可以通過發(fā)送該命令對 ATT7026系統(tǒng)進行復位操作。 SPI讀操作程序框圖如圖 37所示。 SPI寫操作程序如下： Write SPI (Byte Com, UINT Data) {uchar n。 CS=1 SCLK=0。 CS=0。 for (n=7。n=0。n) {SCLK=1。 DIN=。 nop。 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 33 nop。 nop。 SCLK=0 。} for (n=23,Data=0。n=0。n) {SCLK=1。 DIN=。 nop。 nop。 nop。 SCLK=0 。} CS=1。 } 圖 37 SPI寫 操作程序框圖 167。 小結 本章主要任務 是設計軟件校表，根據(jù)相關參數(shù)計算公式編寫電流、電壓校正程序。另外，根據(jù)通信協(xié)議，對 SPI 通信接口的讀寫操作進行編程。 SPI 讀操作 寫入一 個 8 bits 命令字 等待 3 us 通過 SPI 讀取 24 Bits 數(shù)據(jù) SPI 讀操作結束 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 34 第 4章 系統(tǒng)原理圖設計 167。 硬件電路圖設計 本設計采用以 AT89S51為主要芯片的電路設計，電量測量芯片采用ATT7026，加上 +5V穩(wěn)壓電路、電流互感器和電壓互感器電路。 設計時要盡可能簡化系統(tǒng)結構，避免片面追求高性能指標和過多的功能，能夠方便地用軟件實現(xiàn)的功能一定不要用硬件來實現(xiàn)，并且盡可能用數(shù)字電路代替模擬電路。數(shù)字電路穩(wěn)定性好，靠干擾能力強，可標準化設計，易于器件集成制造。數(shù)字式集成電 路代替模擬式電路是電子技術發(fā)展的一個趨勢。另外，集成芯片密封性好、機械性能好、焊接點少，其實效率遠遠低于同等功能的分離電路，所以還要盡可能多地采用集成芯片，集成度越高越好。 繪制 變壓器智能保護電量計量模塊 硬件系統(tǒng)電路圖采用 Protel DXP工具。 Protel 是一款功能強大的電路設計軟件，包含電路原理圖設計、印制電路板設計等，提供了進行層次原理圖設計的環(huán)境、豐富的元件原理圖庫、電路原理圖的混合仿真功能、豐富的設計檢查功能，從而使電路設計完成得快速、有效。使用 PRO