摘要：設(shè)計(jì)了一種基于MSP430F149的35mm導(dǎo)軌式三相電能表，該系統(tǒng)介紹了應(yīng)運(yùn)單片機(jī)+計(jì)量芯片采樣平臺(tái)實(shí)現(xiàn)電能表的終端計(jì)量的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)具有體積小、精度高、可靠性好以及安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，還可用RS485通訊接口與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
關(guān)鍵字：導(dǎo)軌式；三相電能表；計(jì)量芯片
0 引言
目前，隨著數(shù)字化、智能化的迅速發(fā)展，一般的壁掛式電表因其硬件平臺(tái)的限制, 不能夠很好的實(shí)現(xiàn)信息化、網(wǎng)絡(luò)化，并且還存在效率低下、精度不高以及安裝復(fù)雜等缺點(diǎn)。
該電能表設(shè)計(jì)采用DIN35mm導(dǎo)軌式安裝結(jié)構(gòu)、LED顯示、測(cè)量電能以及其它電參量，可進(jìn)行時(shí)鐘、費(fèi)率時(shí)段等的參數(shù)設(shè)置以及電能脈沖輸出，RS485通訊使得電能表進(jìn)行組網(wǎng)管理得以實(shí)現(xiàn)，并且廣泛應(yīng)用于廠礦、企業(yè)、商業(yè)、部隊(duì)、及廣電等終端用戶。
1 硬件設(shè)計(jì)
35mm導(dǎo)軌式三相電能表由鉅泉光電公司的單芯片計(jì)量集成電路ATT7022E設(shè)計(jì)完成的。其硬件設(shè)計(jì)包括電源設(shè)計(jì)、圍繞ATT7022E的采樣電路設(shè)計(jì)、通訊電路設(shè)計(jì)，CPU及其它相關(guān)電路等的部分設(shè)計(jì)。其系統(tǒng)框圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)框圖
1.1電源電路部分
電源設(shè)計(jì)采用線性電源，包擴(kuò)兩部分：MCU及其相關(guān)部分電源電路和RS485通訊部分電路。此電源電路是一種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)電源電路，包括降壓、整流、穩(wěn)壓、濾波四個(gè)環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)中考慮有過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)電路，以使電源模塊具有很好的可靠性、穩(wěn)定性。
1.2計(jì)量芯片采樣電路部分
計(jì)量芯片采樣電路主要包括電壓采樣通道設(shè)計(jì)和電流采樣通道設(shè)計(jì)。
電壓采樣通道設(shè)計(jì)采用分壓電路，通過(guò)一個(gè)柱形精密電阻分壓取樣網(wǎng)絡(luò)把輸入電表的電壓信號(hào)衰減到合適的范圍，經(jīng)過(guò)抗混疊濾波后，再接入計(jì)量芯片電壓采樣通道。
電流采樣通道設(shè)計(jì)采用電流互感器實(shí)現(xiàn)，線路電流流進(jìn)高精度電流互感器進(jìn)行耦合，經(jīng)取樣電阻取樣后，變?yōu)橐粋€(gè)合適量程的小信號(hào)，經(jīng)過(guò)抗混疊濾波后，再接入計(jì)量芯片電流采樣通道。
由電流互感器或其他元器件引起的誤差可通過(guò)各校表寄存器糾正。
1.3通訊電路部分
該電能表采用標(biāo)準(zhǔn)的RS485通訊信道，通訊協(xié)議為MODBUS-RTU規(guī)約。啟動(dòng)后從站電能表為接收狀態(tài)，采用中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，當(dāng)接收數(shù)據(jù)滿足規(guī)約條件并校驗(yàn)正確后，采用中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)回送。通訊操作包括讀數(shù)據(jù)、寫數(shù)據(jù)和校驗(yàn)數(shù)據(jù)三種。
1.4時(shí)鐘模塊電路部分
時(shí)鐘模塊采用DS1302芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)按鍵或通訊可實(shí)時(shí)查詢時(shí)間，其包括年事件、月事件、時(shí)事件、分事件、秒事件，根據(jù)不同的時(shí)間片可執(zhí)行不同的任務(wù)，如時(shí)段費(fèi)率檢測(cè)、數(shù)據(jù)凍結(jié)轉(zhuǎn)存檢測(cè)等。
1.5顯示模塊電路部分
顯示采用30×4段3.3VLCD段碼液晶，通過(guò)HT1621B液晶驅(qū)動(dòng)芯片與MCU連接，可簡(jiǎn)化電路，節(jié)約單片機(jī)I/O口，通過(guò)MCU控制液晶顯示，提供豐富的人機(jī)接口界面信息。
2 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括兩部分：系統(tǒng)初始化部分和主程序部分。
2.1系統(tǒng)初始化部分
系統(tǒng)初始化包括系統(tǒng)時(shí)鐘初始化，中斷初始化、各功能模塊初始化以及I/O口初始化。
2.2系統(tǒng)主程序部分
系統(tǒng)主程序部分作為整個(gè)軟件的統(tǒng)籌部分，根據(jù)電源管理來(lái)完成不同模式下的任務(wù)調(diào)度，其完成的功能包括五大模塊：數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)模塊和通訊模塊。軟件流程如圖2所示。
圖2 軟件流程圖
3 結(jié)束語(yǔ)
基于MSP430F149單片機(jī)+ATT7022E計(jì)量芯片平臺(tái)技術(shù)設(shè)計(jì)的35mm導(dǎo)軌式三相電能表硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障率低，在分項(xiàng)計(jì)量項(xiàng)目中發(fā)揮極大作用，可有效減少施工難度及成本。由于其體積小巧、外觀美型、接線靈活、安裝方便，為低壓配電終端計(jì)量提供了有效的解決方案。
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