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          35mm导轨式三相电能表系统设计
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                  摘要:设计了一种基于MSP430F149的35mm导轨式三相电能表,该系统介绍了应运单片机+计量芯片采样平台实现电能表的终端计量的设计,该设计具有体积小、精度高、可靠性好以及安装方便等优点,还可用RS485通讯接口与上位机实现数据交换。

                  关键字:导轨式;三相电能表;计量芯片

                  0  引言

                  目前,随着数字化、智能化的迅速发展,一般的壁挂式电表因其硬件平台的限制, 不能够很好的实现信息化、网络化,并且还存在效率低下、精度不高以及安装复杂等缺点。

                  该电能表设计采用DIN35mm导轨式安装结构、LED显示、测量电能以及其它电参量,可进行时钟、费率时段等的参数设置以及电能脉冲输出,RS485通讯使得电能表进行组网管理得以实现,并且广泛应用于厂矿、企业、商业、部队、及广电等终端用户。

                  1  硬件设计

                  35mm导轨式三相电能表由钜泉光电公司的单芯片计量集成电路ATT7022E设计完成的。其硬件设计包括电源设计、围绕ATT7022E的采样电路设计、通讯电路设计,CPU及其它相关电路等的部分设计。其系统框图如图1所示。

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                  图1   系统框图

                  1.1电源电路部分

                  电源设计采用线性电源,包扩两部分:MCU及其相关部分电源电路和RS485通讯部分电路。此电源电路是一种标准的设计电源电路,包括降压、整流、稳压、滤波四个环节。设计中考虑有过压、过流保护电路,以使电源模块具有很好的可靠性、稳定性。

                  1.2计量芯片采样电路部分

                  计量芯片采样电路主要包括电压采样通道设计和电流采样通道设计。

                  电压采样通道设计采用分压电路,通过一个柱形精密电阻分压取样网络把输入电表的电压信号衰减到合适的范围,经过抗混叠滤波后,再接入计量芯片电压采样通道。

                  电流采样通道设计采用电流互感器实现,线路电流流进高精度电流互感器进行耦合,经取样电阻取样后,变为一个合适量程的小信号,经过抗混叠滤波后,再接入计量芯片电流采样通道。

                  由电流互感器或其他元器件引起的误差可通过各校表寄存器纠正。

                  1.3通讯电路部分

                  该电能表采用标准的RS485通讯信道,通讯协议为MODBUS-RTU规约。启动后从站电能表为接收状态,采用中断方式进行数据接收,当接收数据满足规约条件并校验正确后,采用中断方式进行数据回送。通讯操作包括读数据、写数据和校验数据三种。

                  1.4时钟模块电路部分

                  时钟模块采用DS1302芯片进行设计,通过按键或通讯可实时查询时间,其包括年事件、月事件、时事件、分事件、秒事件,根据不同的时间片可执行不同的任务,如时段费率检测、数据冻结转存检测等。

                  1.5显示模块电路部分

                  显示采用30×4段3.3VLCD段码液晶,通过HT1621B液晶驱动芯片与MCU连接,可简化电路,节约单片机I/O口,通过MCU控制液晶显示,提供丰富的人机接口界面信息。

                  2  软件设计

                  系统软件设计主要包括两部分:系统初始化部分和主程序部分。

                  2.1系统初始化部分

                  系统初始化包括系统时钟初始化,中断初始化、各功能模块初始化以及I/O口初始化。

                  2.2系统主程序部分

                  系统主程序部分作为整个软件的统筹部分,根据电源管理来完成不同模式下的任务调度,其完成的功能包括五大模块:数据处理模块、显示模块、时钟模块、存储模块和通讯模块。软件流程如图2所示。

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                  图2  软件流程图

                  3  结束语

                  基于MSP430F149单片机+ATT7022E计量芯片平台技术设计的35mm导轨式三相电能表硬件结构简单,故障率低,在分项计量项目中发挥极大作用,可有效减少施工难度及成本。由于其体积小巧、外观美型、接线灵活、安装方便,为低压配电终端计量提供了有效的解决方案。

                  参考文献:

                  [1]任致程,周中.电力电测仪表原理与运用指南[M].北京:中国电力出版社,2007.

                  [2]姜龙,张力,陈键锋.微型导轨式安装电能表在终端配电计量中的运用[J].低压电器,2008,16(3).

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