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        摘要：設(shè)計了一種基于MSP430F149的35mm導(dǎo)軌式三相電能表，該系統(tǒng)介紹了應(yīng)運單片機+計量芯片采樣平臺實現(xiàn)電能表的終端計量的設(shè)計，該設(shè)計具有體積小、精度高、可靠性好以及安裝方便等優(yōu)點，還可用RS485通訊接口與上位機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

        關(guān)鍵字：導(dǎo)軌式；三相電能表；計量芯片

        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的限制, 不能夠很好的實現(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。

        該電能表設(shè)計采用DIN35mm導(dǎo)軌式安裝結(jié)構(gòu)、LED顯示、測量電能以及其它電參量，可進行時鐘、費率時段等的參數(shù)設(shè)置以及電能脈沖輸出，RS485通訊使得電能表進行組網(wǎng)管理得以實現(xiàn)，并且廣泛應(yīng)用于廠礦、企業(yè)、商業(yè)、部隊、及廣電等終端用戶。

        1  硬件設(shè)計

        35mm導(dǎo)軌式三相電能表由鉅泉光電公司的單芯片計量集成電路ATT7022E設(shè)計完成的。其硬件設(shè)計包括電源設(shè)計、圍繞ATT7022E的采樣電路設(shè)計、通訊電路設(shè)計，CPU及其它相關(guān)電路等的部分設(shè)計。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)計采用線性電源，包擴兩部分：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準的設(shè)計電源電路，包括降壓、整流、穩(wěn)壓、濾波四個環(huán)節(jié)。設(shè)計中考慮有過壓、過流保護電路，以使電源模塊具有很好的可靠性、穩(wěn)定性。

        1.2計量芯片采樣電路部分

        計量芯片采樣電路主要包括電壓采樣通道設(shè)計和電流采樣通道設(shè)計。

        電壓采樣通道設(shè)計采用分壓電路，通過一個柱形精密電阻分壓取樣網(wǎng)絡(luò)把輸入電表的電壓信號衰減到合適的范圍，經(jīng)過抗混疊濾波后，再接入計量芯片電壓采樣通道。

        電流采樣通道設(shè)計采用電流互感器實現(xiàn)，線路電流流進高精度電流互感器進行耦合，經(jīng)取樣電阻取樣后，變?yōu)橐粋€合適量程的小信號，經(jīng)過抗混疊濾波后，再接入計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各校表寄存器糾正。

        1.3通訊電路部分

        該電能表采用標準的RS485通訊信道，通訊協(xié)議為MODBUS-RTU規(guī)約。啟動后從站電能表為接收狀態(tài)，采用中斷方式進行數(shù)據(jù)接收，當接收數(shù)據(jù)滿足規(guī)約條件并校驗正確后，采用中斷方式進行數(shù)據(jù)回送。通訊操作包括讀數(shù)據(jù)、寫數(shù)據(jù)和校驗數(shù)據(jù)三種。

        1.4時鐘模塊電路部分

        時鐘模塊采用DS1302芯片進行設(shè)計，通過按鍵或通訊可實時查詢時間，其包括年事件、月事件、時事件、分事件、秒事件，根據(jù)不同的時間片可執(zhí)行不同的任務(wù)，如時段費率檢測、數(shù)據(jù)凍結(jié)轉(zhuǎn)存檢測等。

        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HT1621B液晶驅(qū)動芯片與MCU連接，可簡化電路，節(jié)約單片機I/O口，通過MCU控制液晶顯示，提供豐富的人機接口界面信息。

        2  軟件設(shè)計

        系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括兩部分：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軟件的統(tǒng)籌部分，根據(jù)電源管理來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、時鐘模塊、存儲模塊和通訊模塊。軟件流程如圖2所示。

        圖2  軟件流程圖

        3  結(jié)束語

        基于MSP430F149單片機+ATT7022E計量芯片平臺技術(shù)設(shè)計的35mm導(dǎo)軌式三相電能表硬件結(jié)構(gòu)簡單，故障率低，在分項計量項目中發(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，為低壓配電終端計量提供了有效的解決方案。

        參考文獻：

        [1]任致程，周中.電力電測儀表原理與運用指南[M].北京：中國電力出版社，2007.

        [2]姜龍，張力，陳鍵鋒.微型導(dǎo)軌式安裝電能表在終端配電計量中的運用[J].低壓電器，2008,16(3).