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如何用ADE7755和AT89S51設計電能表?

隨著用電需求的不斷增加,不同時間段用電不均衡的現象越來越嚴重。為了合理控制電力負荷和節約能源,電力公司已經開始鼓勵使用多費率電能表。傳統的多費率電能表壹般采用機械轉盤計量方式,存在機械磨損導致計量精度較低、時段設置單壹、人工抄表勞動強度大、竊電現象時有發生等缺點。這篇文章是根據?AT89S52單片機設計的新型多費率單相電能表。AD7755電能計量芯片,精確電能計量。該電度表具有分時段計量、LCD顯示、自動抄收、時段設置靈活、時間校正及時、新型防竊電、低功耗的特點。對電能表的實驗測試數據進行了誤差分析,指出了減少和消除電能計量誤差的方法。

1?硬件電路設計

1.1的整體結構

基於AT89S52單片機,完成了多費率單相電能表的設計。AT89S52有以下功能:8kb Flash?閃存,三級加密程序存儲器,256字節內部ram,32個可編程I/O?口線,三?16位定時器/計數器,壹個?六矢量兩級中斷結構,壹個全雙工串行通信端口,片內振蕩器和時鐘電路,兩種低功耗電氣工作模式。適合帶開關信號的輸入檢測的性價比更高的嗎?8位單片機。電能表的硬件設計主要包括六個模塊,電壓電流檢測電能計量電路?AD7755模塊、串行存儲器和看門狗?X25045電路模塊,HT1621液晶電路模塊,串行時鐘?S3530A電路模塊,

RS485總線通信電路模塊,防盜檢測電路模塊,整體結構如圖?1.

圖1:系統總體結構框圖

1.2?電能計量

單相電能計量采用美國?ADI公司的?AD7755低功耗芯片的實現。除了AD7755?ADC、濾波、乘法電路外采用數字電路,有效消除了尖脈沖等幹擾信號,使其在惡劣環境條件下仍能保持較高的精度和穩定性。對單相回路中的電壓和電流信號進行采樣,並對功率進行計算和積分,轉換成電能脈沖輸出。CPU負責輸出來自?AD7755的輸出?CF脈沖測量,計算電能表累計用電量。電能與脈沖的關系為:W=M/C,其中W為電能,單位為kWh,M為累計脈沖數,C為電表脈沖常數,取C=1600,每kWh為?1600脈沖。

1.3?RS485通信MAX487芯片實現多費率電能表的RS485通信控制。

MAX487芯片有?RS485通訊協議,與下位機?128,傳輸間隔大於1km,傳輸速率為250 KB/s..電度表通過了?RS485總線與電源管理計算機相連,每個電能表都有壹個確定的、唯壹的八位十六進制表號。初次安裝時,電工需要記錄用戶信息和表號,輸入到電源管理計算機中,完成用戶與管理計算機的連接。管理計算機采用廣播通信方式下載時間間隔設置和時間校正信息,此時沒有地址信息,電能表中斷接收;上位機通過調用地址上傳信息,即調用誰的地址,然後電能表將信息及其校驗碼打包上傳到電力管理計算機,實現電力抄收。MAX487?DE是變送器使能端子,DE是?發射機可以工作在1,DI為輸入端,A和B為輸出端。什麽時候?德為?0時,停止發送輸出端子為高阻抗。RE為輸入使能端,RE為?0,允許接收機工作,A、B為輸入端,RO為輸出端;RE是?在1處,接收器被禁用,RO處於高阻態。因此,使用半雙工通信模式時?德和?重新連接並接聽?AT89S52的P1.4,通過?AT89S52?P1.4引腳控制收發器的工作狀態。

1.4?串行存儲器/存儲器/存儲

串行內存采用美式?XICOR公司?X25045低功耗芯片,具有看門狗定時器WTD、電源電壓監控和?512字節串行?E2PROM存儲器有三個功能。WTD可以設置200ms、600ms、1400ms間隔餵狗,軟件編程為?在X25045。在程序正常運行期間,WTD每隔壹段時間接收壹個觸發信號,以保證程序的正常運行。當WTD在該時間間隔內沒有收到觸發信號時,X25045通過?RESET引腳輸出高電平信號,觸發電能表復位,防止程序失控。X25045作為串行存儲芯片,512字節用於存儲電能表代碼、多費率時間段設置、上月和當月不同時間段的峰均谷電和累計總電量等信息。存儲次數可重寫10萬次,數據可保存100年。AT89S52能用嗎?SPI協議總線接口。

1.5時鐘電路

時鐘電路采用?S3530A芯片完成,是壹種支持嗎?I2C總線低功耗時鐘芯片,它根據?CPU經典?RS485通訊接收時間校準數據設置時鐘和日歷,並通過自身振蕩保持行走。妳在線嗎?S3530A的辛和?Xout引腳跳線?32.768kHz晶體振蕩器。它是通過雙線和?CPU連接,SDA引腳和?SCL的腳是分開連接的嗎?AT89S52?P2.0和P2.1,並且有兩個中斷報警引腳可以設置為向?AT89S52的供貨周期是多少?1秒中斷信號,單片機系統按哪個通過?I2C通信接口讀取當前時間,計算該時間所屬的時間段,實現多費率電能表在不同時間段計量電能。時鐘電路配有備用鋰電池,正常工作時有電源?Vcc電源,同時給?3.6V鋰電池充電;當出現電源故障時,鋰電池自動切換為時鐘電路供電,即使時鐘運行正常。

1.6液晶顯示屏

領養?霍爾特克公司?HT1621?液晶顯示驅動芯片,實現十六位?液晶數字顯示器。HT1621有嗎?128段(32×4)內置內存?LCD驅動,包括控制和定時電路、顯示RAM、LCD驅動和偏置、監控定時器等。,采用?48英尺?SSOP封裝具有體積小、功耗低的優點,非常適合電能表。它的接口電路和外圍電路簡單,和?AT89S52采用串行接口,只需要三根線。AT89S52的P2.4?,P2.5,P2.6分別收到了嗎?CS芯片選擇、WR寫承諾和數據串行數據用於控制刷新顯示。RAM緩沖器。在另壹個應用中,壹個20kΩ可調電阻間接連接在VDD和VLCD之間,以調節?LCD顯示對比度,調節電阻使VDD=5V和VLCD=4V的對比度更好。

1.7?防竊電檢測等。

記錄電能表端子蓋被人為打開的次數,分析是否竊電。電能表安裝後,外殼用鉛封,用戶不能私自打開電能表接線的蓋子破壞鉛封,否則屬於竊電行為。因此,我們使用霍爾傳感器來檢測端子蓋是否打開。如果端子蓋打開,AT89S52?當P1.6腳的電平發生變化時,檢測到開蓋壹次,記錄電表端子蓋被手動打開和折斷的次數,從而判斷是否存在竊電行為。當有竊電時,它報警,切斷電源,並及時上傳到上位管理計算機。實踐證明,該新型防盜技術能有效防止竊電的發生,效果良好。檢測電路框圖是否如圖所示?2.

圖2:防盜檢測框圖

斷電保護電路,帶?AT89S52?P1.7輸入引腳檢測掉電信號,系統正常工作時?P1.7位高電平,突然斷電時,P1.7變為低電平,查詢檢測到。當P1.7變低時,將進入掉電保護程序。供電電路中有壹個1000uf/25v的大濾波電容,可以在斷電後維持系統十幾秒的工作時間,保證電能表很好的存儲重要數據。光電隔離電路,在系統中?AD775的脈沖輸出端、繼電器控制端和RS485通信端是否分別使用?4N35光電隔離器。通過光的耦合,傳輸電信號,將幹擾源和易受幹擾部分隔離開來,提高了系統的抗幹擾能力。

2?軟件編程

2.1?軟件程序資源分配

多費率單相電能表軟件程序* * *包括八個程序模塊:初始化及主程序、X25045讀寫程序、RS485串行通信處理程序、中斷處理程序、定時器處理程序、HT1621顯示控制程序、電能計量及停電處理程序、系統自檢及軟件抗幹擾處理。系統的中斷資源分配是怎樣的?INT0中斷用於?AD7755脈沖檢測,INT1用於秒同步檢測,定時器?T0用於計時100ms,不使用T1,T2用於串口通信程序的波特率發生器,串口中斷設置為?RS485異步通信接收中斷。

2.2?程序模塊設計

電能表工作過程的主程序模塊是否如圖所示?如圖3所示,每次上電都要進行初始化,包括設置AT89S52單片機的定時器、串口和中斷,並寫入串行存儲芯片。X25045的控制字,串行時鐘芯片?S3530A控制字,串口液晶驅動芯片?HT1621控制字。新電能表的初始工作是否正確?X25045初始值設置,包括表數設置、時間段設置、時鐘設置、存儲地址分配等。本系統設置了三個時間段,從單片機到時鐘芯片每秒。讀取S3530A中的時鐘值,然後根據串行存儲芯片?在X25045中預設時間段,分析該時刻屬於哪個時間段,根據對應的時間段存儲電能?AT89S52?RAM內存,然後每次積累的能量夠不夠?1度被寫成?相應地址中的X25045。16位液晶顯示器交替顯示時間段和電量信息。如果有通信請求,將中斷與上位機的數據通信。如果停電,將執行停電保護程序。省略了其他程序模塊的流程圖。

圖3:主程序流程圖

試驗結果

電能表在淄博北林電子有限公司進行誤差測試和運行測試,上位機完成用電管理時間段的設置,設置三個費率時間段,第壹個時間段?00點?00到達?06點?30分鐘,谷電期,第二期?06點?30到達?22點?30分鐘,用電高峰期,第三期?22點?30到達?24點?00,是平電時期。費率區間設置由供電公司根據國家政策法規設置到計算機管理系統,通過RS485串行通信傳輸到電能表,並存儲在?在X25045。每月的峰、平均、谷、累計電量存儲在電能表中,打包傳輸到上位機管理系統。通信波特率設置為9600?比特/秒.使用?以0.1標準電子電能表校驗表為標準表,多費率電能表為被檢表。貝林電子有限公司在不同負載下進行測試,僅將負載列為?5KW下的實測數據見表1?如圖。測試結果表明,該多費率電能表的誤差小於65438±0%,屬於?1.0標準。通過實驗得知,減少電能計量誤差的方法有:壹、通過調整?AD7755的匹配電阻調整至精確值;其次,要求匹配電阻的阻值隨溫度變化變化不大;三、電能計量過程中,切換時間段時,電能計量尾數部分不足?0.01度的電能計入下壹時間段,避免短缺?0.01度電能損失,導致累計電能誤差。

表1:標準表和被測量表的測量值?滿足5KW

結束語

按不同時間段設置多費率電能表,實現電能分時計量。RS485串行通信,實現自動抄電和實時時間校準。淄博北林電子有限公司生產的這款電能表,設計技術新穎,計量準確,走時準確,時間間隔靈活,防竊電設計新穎。各項技術指標均符合國家多費率電能表的技術標準,具有廣闊的應用前景。

作者的創新之處在於采用了?AD7755電能計量芯片測量正確;連環?X25045存儲靈活可靠,串行時鐘?S3530A走時準確,RS485總線傳輸可靠性高,防盜設計新穎。領養?I2C總線結構的多費率單相電能表設計更加合理,具有性價比高的特點。

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