1、E甲多功能电气参数测试仪文档 多功能电气参数测试仪摘要:本三相多功能电表采用凌阳SPCE061A板控制器,以高精度的三相电能专用测量芯片ATT7022A为核心测量芯片,实现对三相工频交流电三相电压、三相电流、三相有功功率、三相无功功率、总有功功率、总无功功率、功率因数、电网频率、有功电能和无功电能的测量与显示,测量精度高,且具有电压和电流相序检测、掉电存储、密码保护等功能。本设计还通过RS-485通讯实现远程测量、红外通信实现向掌上PDA手抄表的信息传送,并通过按键菜单和LCD显示提供人机交互界面。关键字:ATT7022A、SPCE061A、标准RS-485通讯、红外数据通信、LCD显示模块A
2、bstract: The three-phase multi-function meter with Sunplus SPCE061A board controller, dedicated to high-precision measurement of three-phase electrical energy measurement chip ATT7022A core chip to realize the measurement and display of the paraments concerning three-phase AC frequency, including th
3、ree-phase current, three-phase active power, three-phase reactive power, total active power, total reactive power, power factor, power frequency, active energy and reactive energy ,with high accuracy.Besides,it has phase sequence voltage and current detection, power-down storage, password protection
4、 and more features. As well,its design of communication through RS-485 remote measurements and IrCOMM Ir Communications makes the information of Palm PDA hand meter reading conveniently, and through the button menu and LCD ,the three-phase multi-function meter aslo provides man-machine interface. Ke
5、ywords: ATT7022A, SPCE061A, Standard RS 485 communication, infrared data communication,LCD display module.一 、系统方案设计与比较在采样系统中,通常的做法是将采集到的数据读取到MCU中,由MCU对大量的采样数据进行处理,得到电压、电流、相位、功率因数等参数。由于大量的采样和数据运算给MCU带来很大的负担,大大影响MCU处理其他问题的速度。ATT7022是一款国产的电能计量专用芯片,比进口电路价格低廉。除了AD转换部分,在芯片内还集成了数据运算电路,可以大大节省测量系统主控MCU的工作负荷。
6、该芯片通过软件校正可将误差校正到0.5级以内,有效值测量误差小于0.1,数据采集及处理时间大约为13 s。为了保证测量精度他的采样频率为3.2 kHz。此芯片的接口简单,使用方便。本系统主要由ATT7022A电压电流测量模块、MCU数据采集处理模块、通信模块、显示模块、按键模块、电源模块组成。1、 对参数的测量计算的论证与选择:方案一:采用两点采样法。对正弦电压电流值相隔/2采两组数据,并计算得各参数值,此方案增加了MCU的运算负担,影响了测量的速度与精度,且可能会限制其他功能的可靠实现。方案二:采用高精度的三相电能专用测量芯片ATT7022A作为主控芯片,该芯片适用于三相三线和三线四相制,可
7、由内部DSP模块自动处理数据,内部寄存器直接提供各参数值且具有电压电流相序检测等功能,测量精度高,价格便宜,简单易行且可靠性高。综合以上论述,选择方案二。2、 处理器的论证与选择:方案一:采用16位单片机SPCE061A为控制核心,其内置存储可以满足本系统所需的全部要求,适用频率范围较大且同样具有较强的处理功能,稳定性强经济实惠。方案二:采用89c51处理器,但运行速度较SPCE061A慢些,在实现功能的方面,可靠性不好,且外围扩展较麻烦。综合以上论述,选择方案一。3、 显示模块的论证与选择:方案一:采用LED数码管显示,采用74LS74驱动数码管动态显示,控制比较简单但占用较多I/O口,不能
8、实现资源的有效利用,而且只能显示一些简单的字符,显示信息量有限。方案二:采用LCD12864液晶显示,LCD微功耗、超薄轻小,有强大的中文字库显示的信息量大、字迹清晰,因此具有友好的人机交流显示界面,特别适合智能仪表的可编程人性化显示。综合以上论述,选择方案二。4、 红外模块的论证与选择: 方案一:采用TSOP138红外接收头, 编码译码方式简单且易于实现,性能稳定,可以实现高速的传输,能实现本系统的红外数据通信的要求。方案二:采用HS0038能实现本系统的基本要求,但编码译码方式较麻烦不易实现。综合以上论述,选择方案一。二、 基本测量原理1、 对ATT7022的分析: 本系统采用高精度的三相
9、电能专用测量芯片ATT7022A作为主控芯片,其有功测量满足 0.5S/0.2S,支持 IEC 687/1036,GB/T 17883-1999,无功测量满足 2 级、3 级,ATT7022三相电能专用计量精度非常高,适用于三相三线和三相四线应用。ATT7022 集成了六路二阶 sigma-delta ADC、参考电压电路以及所有功率、能量、有效值、功率因数以及频率测量的数字信号处理等电路。ATT7022 能够测量各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量以及无功能量,同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数,充分满足三相复费率多功能电能表的需求。2、各电路参数的
10、计算 三 、基本硬件设计1、系统总体框图:图1 系统总体框图2、RS485通信:图2 MAX485电路设计RS-485是一个电气接口规范,它只规定了平衡驱动器和接收器的电特性,而没有规定接插件、传输电缆和通信协议。RS-485接口的主要特点如下: 传输方式:差分 传输介质:双绞线 差分输入范围:-7V+7V 接收器输入灵敏度:200mV 接收器输入阻抗:12k 最大传输速率:10Mbps 最大电缆长度:4000英尺3、红外发送与接收:本系统采用TSOP138红外接收头来接收红外信号,红外遥控是利用红外线进行传递信息的一种控制系统,红外遥控具有抗干扰,电路简单,编码及解码容易,功耗小,成本低的优
11、点,目前几乎所有的视频和音频设备都支持这种控制方式。图3 红外发送接收原理图4、12864显示和键盘模块:1)本系统采用12864LCD液晶显示模块来显示所测得、计算出的三相电各参数。由按键通过SPCE061A来控制12864显示用户所需的各测量参数。12864液晶显示,功耗低且能实现本设计中的所有要求,有很好的人际交互显示页面。2)本系统利用键盘控制12864的显示内容,并且通过键盘实现电表的密码保护功能,保证了一定的安全性和现实的灵活性。使用键盘时应注意键盘对应MCU的引脚编号来对应进行对应的软件设计,并且注意键盘的消抖一定要对应确定的内容。5、电源:电源由变压部分、整流部分、滤波部分、稳
12、压部分组成。采用7805,7812,7905,7912稳压芯片为整个系统提供5V或者12V电压,确保电路的正常稳定工作。由于rs485通信采用光电耦合进行防干扰,因此需分开供电,这部分采用电池。四 、基本软件设计1、程序功能描述与设计思路:根据题目要求软件部分主要实现键盘的设置和显示。1)键盘实现功能:输入密码以及选择所要显示的电路参数;2)显示部分:显示电压值、频率等参数;3) 控制485及红外可将现场的电路参数传输到控制台;4) 若发生掉电,可通过设置flash进行掉电保护操作。2、主程序流程图: 图4 软件设计总体框图五、硬件与软件测试1)用数字万用表分别测试每条导线,看是否导通,有无断
13、路和短路情况,看整个系统的地线是否都接在一起,看焊接点有没有虚焊等。2)三相高精度电压电流信号源提供电源,通过高精度多功能电能表测量各个参数与本系统测量参数进行比较,从而对系统硬件和软件等参数方面进行校正,使精度提高。3)通过信号发生器和示波器调试RS485、红外通信的精度和速度。六、测试结果及分析标号相123456A相实际值(V)57.557.81127.0126.89219.45219.10测量值(V)57.7057.59127.20126.70220.00219.60误差(%)0.310.420.160.150.250.22B相实际值(V)58.3357.01126.16127.2721
14、9.93218.76测量值(V)58.0156.61125.45126.69219.54216.80误差(%)0.550.700.560.460.180.90C相实际值(V)57.457.39127.19127.28219.59219.20测量值(V)57.3057.50127.00126.8219.00218.40误差(%)0.230.240.110.370.310.36表1 电压测试表时间:1h次数参数 123456实际值(kW.h)0.1910.2680.34520.47780.5480.654测量值(kW.h)0.1900.2670.34580.4770.5430.650误差(%)0.
15、340.50.20.150.880.62表2 有功电能测试表测试分析与结论:根据上述测试数据,经分析可以得出以下结论:1)能对三相工频交流电(频率波动范围为45-65Hz)的三相电压、三相电流、三相有功功率、三相无功功率、总有功功率、总无功功率、功率因数、电网频率、有功电能和无功电能在误差允许范围内进行测量。2)实现电压和电流相序检测功能,有掉电存储功能。3)发挥部分的密码保护、标准RS-485通讯来实现远程测量、红外通信都可以满足要求。综上所述,本设计达到设计要求。七、参考文献 1单片机原理及使用技术-凌阳16位单片机原理及应用,西安电子科技大学出版社 2ATT7022A用户手册 3模拟电子
16、技术基础(第四版),高等教育出版社 4数字电子技术(第五版)高等教育出版社 5电路(第五版)高等教育出版社附录1、系统电路图:2、ATT7022控制部分源程序:#include SPCE061A.h long int att7028_rCmd(int com) int n; long int data; CS=1; SCLK=0; CS=0; for(n=7;n=0;n-) delay(1); SCLK=1; if(com&0x80) DIN=1; else DIN=0; delay(1); SCLK=0; com=com=0;n-) delay(1); SCLK=1; data=data|D
17、OUT; delay(1); data=data=0;n-) delay(1); SCLK=1; if(com&0x80) DIN=1; else DIN=0; delay(1); SCLK=0; com=com=0;n-) SCLK=1; if(data&0x0800) DIN=1; else DIN=0; delay(1); SCLK=0; delay(1); CS=1; int main() int m; long int i_a,i_b,i_c,u_a,u_b,u_c; long int p_a,p_b,p_c,p_t,s_a,s_b,s_c,s_t; long int pf_a,pf
18、_b,pf_c,pf_t,pg_a,pg_b,pg_c,pg_t; long int freq,ep_a,ep_b,ep_c,ep_t; *P_IOA_Dir=0xffff; /A口初始化 *P_IOA_Attrib=0xffff; *P_IOA_Data=0x008f; *P_IOB_Dir=0xfff0; /B口初始化 *P_IOB_Attrib=0xffff; *P_IOB_Data=0xfff0; RESET=0; delay(600); RESET=1; delay(500); att7028_wCmd(0x80,0x000000); *P_Watchdog_Clear=0x0001
19、; delay(500); att7028_wCmd(0xA0,0xAB); *P_Watchdog_Clear=0x0001; delay(500); att7028_wCmd(0xA6,0x812735); *P_Watchdog_Clear=0x0001; delay(500); k=att7028_rCmd(0x2D); while(1) delay(500); *P_Watchdog_Clear=0x0001; i_a=att7028_rCmd(0x10); /A/B/C相电流有效值 I_A=i_a13; delay(10); i_b=att7028_rCmd(0x11); I_B=i_b13; delay(10); i_c=att7028_rCmd(0x12); I_C=i_c13; delay(10); u_a=att7028_rCmd(0x0D); /A/B/C相电压有效值 U_A=u_a13; delay(10); u_b=att7028_rCmd(0x0E); U_B=u_b13; delay(10);
copyright@ 2008-2022 冰豆网网站版权所有
经营许可证编号:鄂ICP备2022015515号-1