【正文】 （2?Tdtiu0)(jNjiu??03）根據(jù)上面公式，要想比較精確的計算用戶的竊電量，必須同時對母線上的電壓和電流進行采樣，精度越高，單位時間的采樣點就必須越多。系統(tǒng)記錄用戶的參考竊電量，實際上是記錄用戶在竊電時間內(nèi)的參考用電量，以給電力部門的追繳電費和處罰提供客觀的依據(jù)。在 UIP 位變高以后，至少有 244 s 的時間讀取數(shù)據(jù)。DS12887 自身有地址/數(shù)據(jù)復用總線，單片機對時間的操作實際上是對 DS12887 內(nèi)的 RAM 映象進行操作。系統(tǒng)時間的操作有兩個主要部分，首先是在發(fā)現(xiàn)用戶竊電時，單片機從 DS 12887 中讀取系統(tǒng)時間，其次就是能根據(jù)外部指令讀取和校正系統(tǒng)當前時間。? ?從 X25045 讀出一個字節(jié)，只要將 CS 變低，隨時鐘發(fā)出讀命令和要讀出字節(jié)的地址，繼續(xù)保持 CS 并提供時鐘，要讀出字節(jié)的內(nèi)容將隨時鐘出現(xiàn)在 X25045 的SO 引腳上。在發(fā)送 WREN 指令過程中，CS 首先被拉至低電平，然后 WREN 指令由時鐘同步送入 X25045，在指令的所有 8 位被發(fā)送之后，將CS 變?yōu)楦唠娖?，如果?WREN 指令后不把 CS 拉為高電平，那么寫操作將被忽略。X25045 的 ROM 為 512 字節(jié)，除去必需的數(shù)據(jù)和標志外，可以存儲 32 條竊電記錄。由于三個指針在 X25045 中的位置不連續(xù)，同時有兩位數(shù)據(jù)被破壞的概率很小，這樣對系統(tǒng)可靠性的影響不大，但卻極大的延長系統(tǒng)的壽命。在繼續(xù)竊電模塊中，竊電結(jié)束時間、參考竊電量是被不斷刷寫而不是在竊電結(jié)束時一次性寫入，這種做法的優(yōu)點是能保證在電壓不足或干擾導致 RAM數(shù)據(jù)丟失的情況下，系統(tǒng)不會誤記竊電結(jié)束時間，也不會丟失過多的竊電量，缺點是每一條記錄的竊電結(jié)束時間、參考竊電量被重新刷寫的頻率比較頻繁，但 X25045 的每一字節(jié)的寫入次數(shù)有一定的限度。如果此時用戶的竊電方式發(fā)生改變，也將當前的竊電方式加入到以前的竊電方式中。這條竊電記錄中的竊電開始時間和竊電結(jié)束時間相等，參考竊電量為 0。無竊電繼續(xù)模塊比較簡單，這里不再贅述。圖 28, 29, 210 是這三個模塊的流程圖。與用戶竊電信息記錄有關(guān)的有 3 個動作模塊:竊電開始模塊，繼續(xù)竊電模塊和竊電結(jié)束模塊。竊電信息的記錄模塊開始置竊電開始時間置竊電結(jié)束時間= 竊電開始時間置參考竊電量=0竊電記錄數(shù)加 1設(shè)置竊電標志模塊結(jié)束模塊開始累加參考竊電量修改竊電結(jié)束時間竊電方式發(fā)生改變？修改竊電方式模塊結(jié)束YN模塊開始累加參考竊電量修改竊電結(jié)束時間置無竊電標志模塊結(jié)束圖 28 竊電開始 圖 29 竊電繼續(xù) 圖 210 竊電結(jié)束模塊流程圖 模塊流程圖 模塊流程圖 系統(tǒng)記錄的用戶竊電信息主要是指用戶的總竊電次數(shù)、用戶當前的竊電狀態(tài)(有無竊電 )和用戶每一次竊電的起始時間(5 字節(jié))、參考竊電量(4 字節(jié))、竊電方式(1 字節(jié))、結(jié)束時間(5 字節(jié)) ，其中用戶的竊電起始時間和結(jié)束時間精確到分，參考竊電量的值為一個比例量，手持機或負控中心讀得這一數(shù)據(jù)后乘一個系數(shù)后能得到用戶的參考竊電量(千瓦時)。流程圖中沒有給出系統(tǒng)響應(yīng)外部命令的流程，因為外部命令輸入是作為系統(tǒng)的串行中斷，當系統(tǒng)工作在節(jié)電運行狀態(tài)時，這個中斷能隨時喚醒單片機進行中斷處理，而在正常的運行過程中，系統(tǒng)也是隨時響應(yīng)這個中斷。在用戶無竊電時使用的 X25045 喚醒是利用了 X25045 的定時復位功能，通過復位將單片機喚醒。用戶以前竊電？用戶當前有竊電？竊電繼續(xù)模 塊模塊進入節(jié)電運行狀態(tài)定時中斷喚醒YY竊電結(jié)束模 塊N 用戶當前有竊電？竊電開始模 塊Y無竊電繼續(xù)模塊N進入節(jié)電運行狀態(tài)NX25045 喚醒初始化圖 27 系統(tǒng)軟件流程圖單片機進入等待工作方式后，內(nèi)部時鐘信號仍然供給中斷系統(tǒng)、定時/計數(shù)器和串行口。等待相應(yīng)時間后，由定時中斷或 X25045 將單片機喚醒，重復執(zhí)行下一個周期。單片機的軟件流程單片機在復位后，根據(jù)用戶現(xiàn)在的用電狀態(tài)(有無竊電)和從 X25045 讀出的用戶以前的用電狀態(tài)，判斷執(zhí)行下面四種主要動作模塊中的一個:竊電開始、竊電結(jié)束、繼續(xù)竊電、繼續(xù)無竊電。上述的動作模塊由支撐層的 5 個主要任務(wù)模塊提供各種功能支持，這 5 個任務(wù)模塊有①X25045 讀寫模塊②電量采集模塊③ 系統(tǒng)時鐘控制模塊④紅外(RS485 )指令接收模塊⑤紅外(RS485 )數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，其中每個模塊還可以分為幾個更小的模塊。 監(jiān)控程序ACT1 ACT2 ACT3 ACT4 ACT5 ACT6 ACT7 ACT8X25045讀寫模塊電量采集模塊系統(tǒng)時鐘控制模塊紅外(485)指令接受模塊紅外(485)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊圖 26 系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)框圖圖 26 中的監(jiān)控程序為管理層，作為系統(tǒng)的管理核心，用來調(diào)度和管理各項任務(wù)。]12[ 軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件的總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的軟件部分由系統(tǒng)初始化模塊、系統(tǒng)監(jiān)控模塊和系統(tǒng)動作模塊三個部分組成。當外部輸入電壓低于 V 時，無論外部片選信號的高低，DS 12887 的片選被強制置成無效，內(nèi)部RAM 被寫保護，此時所有輸入無效。通過 MOT 腳的電平選擇可以選擇與 51 系列單片機兼容的總線方式。DS12887A 芯片簡介DS12887A 是一個雙列 24 腳實時時鐘芯片。是較理想的低成本、高性能的 A/D 轉(zhuǎn)換器件。I/O CLOCK 和內(nèi)部時鐘一起可以實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳送和每秒 40,000 次轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度。其 I/O CLOCK 輸入頻率最高可達 。能通過 3 態(tài)數(shù)據(jù)輸出與微處理器或外圍設(shè)備串行接口。其存儲器部分是 4096 位串行EEPROM，具有簡單的三總線工作的串行外設(shè)接口 SPI，提供了不小于 100,000次的使用期限和最少 100 年的數(shù)據(jù)保存期。最重要的是，87F51 支持等待工作方式，在等待工作方式下，單片機本身消耗的電流由正常的 16mA ( 5V 12MHz)降低為 ，中斷及硬件復位均可終止等待方式 。有功能強大的布爾處理器 。有五個中斷源，可分為兩個優(yōu)先級，每個中斷的優(yōu)先級是可以編程選定的 。有兩根口線可作為全雙工串行口，可通過編程選擇四種通訊方式。內(nèi)部帶有 4K 程序存儲器(ROM)和 128B 數(shù)據(jù)存儲器(RAM)。AT87F51 為 CFIMOS 芯片，允許電壓的波動范圍為 5V177。圖 24 為這部分的電路框圖，圖 25 為電路原理圖。這部分電路包括單片機、存儲器、A/D 轉(zhuǎn)換器、時鐘芯片、紅外收發(fā)電路等。包括兩部分，首先是微處理器部分的硬件電路設(shè)計，第二部分是軟件設(shè)計。圖 2 3 串聯(lián)二極管的輸出電壓隨電流變化的測試電路圖 23 中的 R1, R2, R3, R4 是四只 ，5W 的電阻實驗中調(diào)節(jié)電壓源的輸出，控制回路中的電流變化的關(guān)系。圖 23 的實驗電路是為了驗證二極管的作用而設(shè)計的。TVSS 為瞬時電壓浪涌抑制器，當受到瞬態(tài)高能量沖擊時，能吸收能量高達數(shù)千瓦的浪涌，響應(yīng)時間 10 秒，將兩極之間的電壓鉗位于一個定值 ，這個12? ]8[器件在電路中的主要作用是防止電網(wǎng)瞬間過壓或受到雷擊對后面電路的危害。電容 C3, C4, C5 的作用是抑制電源的紋波。主機在與手持機或負控終端進行通訊時，瞬時功耗將增加一倍多，電容C1, C2 主要起儲能作用，使系統(tǒng)在母線電流較低時(5A 左右)主機能正常進行與手持機或負控終端進行通訊。電源電路圖己經(jīng)在圖 21 中給出。電源互感器的二次線圈銅芯截面積的確定主要取決于熱計算，銅導線長期工作的電流密度應(yīng)限制在 2～3A/mm 之內(nèi)。對于輸出電流，假設(shè)要求互感器在初級電流為 5A 時輸出 30mA 電流，根據(jù)互感器的初級、次級電流之比可以算出互感器的次級線圈最多為 166 匝，考慮到互感器的漏感、利用效率等因素，實際匝數(shù)要比這個匝數(shù)少。對于冷軋硅鋼片，其鐵芯磁通密度可以取 ，鐵芯的截面積為 ，若 E 取 9V，由 32 可得 W=59 匝。同時，互感器得輸出電流、電壓不能過大，否則后繼處理電路功耗增加，影響電路的正常工作。系統(tǒng)在正常工作時需要的是 5V 電壓提供 30mA 電流，這要求互感器的輸出電流不能低于 30mA。4. 無切割結(jié)構(gòu)和圓形截面使得鐵芯噪聲極低。R 型鐵芯是由一條硅鋼帶連續(xù)卷繞成梯形截面的二柱式鐵芯，無切割、圓形截面，具有以下特點 ：]6[1. 鐵芯體積小，重量輕，體積比同等功率的 EI 型鐵芯小 30%，重量低40%。當母線電流較低時，要保證系統(tǒng)能正常工作，互感器的次級必須要有足夠的輸出，根據(jù)式 21，互感器鐵芯的損耗應(yīng)該越小越好。在高飽和后鐵芯會殘留較大的剩磁，使測量用互感器的精度降低。此時電流互感器的次級輸出電流除了基波外有一系列的奇次諧波。電流互感器在正m常運行時，其次級阻抗 Z 較小，繞組電勢很小，磁通密度較低。R 是折合到初級的次級銅阻，X 是折mm2 2合到初級的次級漏感，Z 是折合到初級的次級負載。在絕緣內(nèi)有為通過一次繞組(母線)的窗口（通道） 。圖 21 電源電路圖系統(tǒng)電源設(shè)計中要解決兩個問題，一是在母線電流較低的情況下保證電源能夠提供系統(tǒng)工作所需要的最低電壓、電流，這要求電源 CT 的變比要小、損耗要小，但是滿足了這個條件，母線電流增大時，電流互感器的次級輸出電流成比例增大，對于同樣的二次負載，功耗將增大很多，這就要求解決母線電流較大時能量的旁路和散熱等問題。這兩部分是和后面的檢測處理電路固化在一起，安裝在高壓母線側(cè)，這樣可以提高電源的自我保護能力，使用戶難以對電源進行破