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1、多功能电能表的设计与实现分院电子信息工程学院专业班级姓名指导教师摘要电子式多功能电能表是以专用双向计量芯片为核心，采用大规模集成电路及SMT先进制造工艺，选用国际著名品牌长寿命元器件制造。它融合了我司十多年智能化、高精度监测监控仪器仪表的制造和现场运行经验，具有精度高、运行稳定性好、功能强、操作方便等特点，可准确、快捷地对各类电参数进行测量、记录和分折。该表可以同时计量正/反向有功电能、正/反向无功电能、四象限无功电能，还具有多费率控制，负荷曲线记录，各相失压、过压、频率超限记录，数据LCD显示等多种功能。关键词：双向计量芯片
2、，稳定性，LED显示AbstractElectronictypemulti-functionelectricenergymeterisbi-directionalmeteringICwithdedicatedtocore,usingadvancedLSIandtheSMTmanufacturingprocess,selectionofinternationalfamousbrandlonglifecomponents.Itintegratesourmorethan10yearshighaccuracyandintelligen
3、tmonitoringandcontrolinstrumentmanufacturingandfieldoperatingexperience,runningwithhighprecision,goodstability,powerful,user-friendlyfeatures,canaccuratelyandquicklytoallkindsofelectricalparametermeasuring,recordingandanalysis.Thetablecanbemeasured/reverseactiveener
4、gy,forward/reversefour-quadrantreactiveenergy,reactiveenergy,alsohasamulti-ratecontrol,loadcurverecording,under-voltage,over-voltage,frequencylimitrecording,LCDdatadisplayandotherfunctions.Keywords:Bi-directionalmeteringIC,Stability,LEDdisplay目录1绪论2多功能电能表的总体结构和硬件设计多
5、功能表总体结构电子式多功能电能表硬件的核心MCU主控制器,它负责按键输入扫描、工作状态检测,计量数据的读入、计算和存储、电表参数的现场配置以及与外界的通信控制等。其主要功能单元包括MCU主控制器单元、电量计量模块、红外和RS—485通信模块、校表模块、EEPROM存储阵列等;其他辅助模块主要有:时钟日历电路、工作异常报警电路、按键输入电路、复位和看门狗电路、开关电源模块和后备电池电路、大屏幕液晶显示模块和LED显示模块。多功能表总体结构框图如图1所示。高性能主控制器单元主控制器采用NEC公司8位单片机中的高档产品uPD78P0
6、338。该款单片机为120脚QFP封装,单片集成有60KBFlash、一个异步通信串行口、40x4段LCD驱动器、高达10MHz的总线时钟和10路10位精度的ADC,并可通过简单的接口进行在系统编程,极大地方便在线调试和软件升级。并且支持高级语言,较好地满足了多功能表任务繁多、数据量庞大、算法较复杂的功能要求。串口复用通信单元通信电路模块主要包括TSOPl838红外接收头、红外发射二极管、载波电路、MAX487专用485收发电路、驱动/开关二极管和其他元件。本电能表为便于用户抄表,设计有红外本地抄表和RS-485集中抄表两种串
7、行抄表方式,因为uPD78F0338仅有一个串口,故通信电路设计时采用串口复用技术。由9012、9014和若干电阻等器件组成互补开关,由MCU的一个I/O口来控制红外和RS-485通信方式的切换,如图2所示。高精度电量计量模块计量模块由高精度专用电能计量芯片SA9904,电流互感器和其他外围电路元件组成。SA9904是Sames公司生产的一款三相双向功率/电能计量芯片,可以计量有功/无功功率、电压、频率、相序异常等,可以单独计量每一相的用电信息,符合IEC521/1036标准,可达到1级交流电能表的精度要求,各数据寄存器具有2
8、4位精度,可通过三线SPI接口与CPU交换数据。从而可以较好地适应多功能表需要计量多种电量数据的要求。SA9904引脚及其外围电路图如图3所示。其中,CLK、DO、DI构成与MCU控制器的接口,用于传输控制命令和测得的电量数据,IIps、IIPt、IIPr用来对电流取样,IV
