一种优化电力载波智能电表的研制

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1、电子质量(2014第09期)一种优化电力载波智能皂表的研制计量芯片ATFT022B，设计了该款智能电表，其有功精度可达0．5s级，无功精度达2级阁，以提高载波发送功率、效率、可靠性和节省电能为目的，以原电路为基础添加了优化的电力载波模块。系统结构原理如图2所示。A存储器———T当一T7==j蝴、＼r——一—／O2C8051F36O2晶图1系统组成藤一B＼厂__124．57t电量查询、显示，最多8个时段时间设定，各时段电量统l竺!竺I计，用户信息加密和软件校表等功能。Rs232优化电力—／L—————迪文DGUS优化电力载波模块在普通设计方案藕合电路的基载波模块卜r／

2、＼厂————1／液晶触控屏础上，加入了一个开关控制电路。开关通过单片机控制，在节点不进行通讯时，开关处于关断状态。在不通信时图2系统总体结构原理图就将耦合电路与电网断开，因此可以避免不必要的损2．1优化电力载波电路耗。此外，还进行了高次谐波滤除，载波放大电路优化等本文以改进载波电路为目的，对现有电力载波通信改进。载波通信的效率有了较大提高，其能耗也得到了有效减小，对电网的谐波污染也明显减少。电路进行了优化。选取专用扩频调制／解调芯片SC1128作为载波处理器。信号通过输电线路进入耦合电路、滤2硬件设计波电路、放大电路进入载波芯片SCI128，SC1128将信号处理后

3、发送给C8051F360单片机。优化后的耦合放大本系统选用MCU+专用计量芯片的计量方案，采用电路设计如图3所示。新华龙系列8位高速单片机C8051F360[41z1~为系统控制核心MCU，电能计量模块我们采用了炬力公司的专用图3优化耦合放大电路6一种优化电力载波智能电表的研制电子质量(2o14第09期)在藕合电路中，加人一个开关控制电路。开关是通2．3LCD显示电路过单片机程序控制的，在此节点不进行通讯时，开关处我们选用北京迪文科技有限公司的DMT806OOT080_于关断状态。在不通信时就将耦合电路与电网断开，因18WT液晶触控屏为监控屏。本款液晶屏的优点是可以

4、此可以避免不必要的损耗。这样就解决了此节点不需要通过RS一232和RS一485实现电能参数数据传输远程显通讯时，消耗大量的视在功耗和载波信号衰减的问题。示，无需外加控制芯片，不同于原来的液晶控制方式。表1所示为优化前后的损耗对比，通过对比我们发现，优化的载波耦合方案功率与损耗约降为原来的1／3。3软件设计表1功率损耗3．1软件整体设计耦合方式优化前功率／VA优化后功率／VA功率比我们采用C语言进行软件编程，将程序分为不同功单相耦合3．01．072．80：1能模块，程序直观易懂、可移植性好。我们把程序分为以三相耦合9．03．262．76：1下几个模块：单片机主控模块、

5、电量数据处理模块、DGUS通信模块、自动校表模块、时钟采集模块。藕合电三极管放大电路容易产生自激振荡，因此我们摒弃路开关的控制采用软、硬件结合的方式，做到灵活、可了原有的三极管放大电路，采用了MOS管驱动的方法，靠。软件主要部分流程如图5所示。也消弱了高次谐波。三极管放大电路的等效电阻是2．5n，而MOS管驱动电路的等效电阻是0．3411，后者远小于前者，因此电路自身的消耗可以大幅减小，效率提高。因此，采用优化载波通信电路后，载波电路的功率得到了降低，效率得到了提高，提高了设备工作的可靠性，节约了电能。2．2电能计量电路如图4所示为AITT022B的电压采样电路，电

6、路中的互感器为电流型电压互感器，电压信号经过220K电阻和互感器后在二次侧产生交流电流信号，240I'~电阻两端产生土0．5V左右的电压。我们可以求得240Q电阻两端的电压为U=(220／220k)*240=O．24V，将ADC增益设置为2，可以产生0．5V电压，符合设计手册的要求。在芯片电压信号输人引脚前使用了抗混叠滤波器来防止采样失真。电流互感器的变比为5A／5mA，所以20Q电阻两端的电压为U=0．005*20=0．1V，符合使用手册的要求。同样，在芯片电流信号输入引脚前设计了低通滤波电路作为抗混叠滤波器。REF电流互VlP图5耦合电路控制流程图3．2迪文DG

7、US屏软件开发V1N与传统液晶屏通过时序或者指令控制显示不同，迪文DGUS屏采用直接变量驱动显示方式【句。要实现在当互前页面显示用户电量，只需把电量数据写到变量存储器(Ox82指令即可，数字显示位置，颜色、字体、字号等也都由变量配置文件来决定。DGUS屏全部软件设计都是电脑软件辅助设计的，设计软件简单易懂、操作性好。软件开发过程包括：界面设计、"F~22图4A相电压电流采样电路——、7