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1、试析电子式多功能电能表的设计和实现本文阐述了电子式多功能电能表的设计方法、硬件设计的技术关键和软件设计流程。并以NEC的uPD78F0338单片机为例,实现了一款具有四种费率、六条负荷曲线和两套费率结构的三相四线电子式多功能电能表电子式多功能电能表主要针对国内市场三相用电的产业用户。随着电力行业改革深进,产业三相用电对多功能电能表的需求大量增加。目前国内多功能表种类少、价格较高、功能不完善,往往仅是针对某些地区的特定要求开发,缺乏通用性,某些产品未能完全达到国标的要求。本文先容的电子式多功能电能表正是为了适应这种市场需求而设计的。这是一款智能型高科技电能计量产品,该表可以同时计
2、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。主站可以通过RS-485总线或手持红外抄表器对该电表进行查表、设表、抄表等操纵。软件代码全部采用C/C++语言编写,编码效率高,可维护性好,便于实现模块化设计,可根据用户的需求方便地对功能模块进行裁剪。而且代码经过优化,其天生的目标代码大小和执行效率已和汇编代码相差无几。该产品的技术指标全面符合GB/T17215-1998《1级和2级静止式交流有功电度表》、DL/T614-1997《多功能电能表》和DL/T645—1997《多功能电能表通
3、讯规约》的要求。多功能电能表的总体结构和硬件设计多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,它负责按键输进扫描、工作状态检测,计量数据的读进、计算和存储、电表参数的现场配置以及和外界的通讯控制等。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通讯模块、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、按键输进电路、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。540)this.es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/
4、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,各数据寄存用具有24位精度,可通过三线SPI接口和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。540)this.CU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,IVPl、IVP2、IVP3用来对电压取样。540)this.width=540"vspace=5>时钟日历模块时钟电路采用EPSON生产的RTC-4553实时时钟芯片。内部集成了
5、32.768kHz的石英晶体振荡器,简化外围电路,并可以根据需要进行自由设置以得到较高的频率;同时集成有时钟和日历计数器,可选择24或12小时显示模式,时钟可通过软件方式进行间隔30秒的调整,并提供0.1Hz或1024Hz的定时脉冲输出,以便于在电能表的外部对时钟精度进行定期检查。RTC-4553引脚及其外围电路图如图4所示。其中,SCK、Sin、Sout和主处理器接口,用于发送控制指令或者传输日期时间数据,本系统日历时钟模块采用电池作后备电源,以确保在停电状态下,日期时间的正确无误。540)this.s或0.56ms,则判定为红外远控,并根据定时检测远控编码;否则判定为红外产
6、生的串行口接收中断,并将定时检测封闭。红外38.4kHz调制信号由CPU内部分频输出(P05/PCL)。f=fx/27=4.9152/128=38.4kHz。因红外发送字节之间可选有15～20ms的延时,而485通讯则不需要延时。数据发送在发送中断中进行,红外通讯在发送操纵后立即封闭发送中断答应,待延时时间到后再答应发送中断。多功能表程序流程图多功能表主程序流程主要包括初始化、数据校验、负荷曲线修补和事务处理等,其流程图如图5所示。日常事务处理流程集中体现了多功能表的大部分主要功能,包括费率处理、计量数据采集及处理、自动抄表、电能脉冲输出、校表模块和掉电检测及处理模块等,其流程
7、图如图6所示。540)this.width=540"vspace=5>
