1) 有功電能信號的采集

 

該方案的電能計(jì)量部分采用ADE7755芯片,，通過對電壓電流回路信號的采集,，將電能值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電能脈沖信號,，MCU通過對電能脈沖信號采集和計(jì)算，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的計(jì)量數(shù)值,，同時具備正、反相有功電能計(jì)量的功能,。

 

2) 電量存儲與顯示

 

MCU采集到電能信號后,，及時存儲到EEPROM中,，保證存儲的數(shù)據(jù)不被丟失,，并且能保持10年以上,，通過LCD顯示信息,，例如電量總數(shù)等,。

 

3) 通信

 

支持RS485通信和紅外通信,。在RS485通信情況下，自動抄表系統(tǒng)可根據(jù)電表地址實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動抄表功能,，通信距離：不小于1,200m(每兩個接點(diǎn)之間)，為了安全保護(hù)電表,，RS485通信接口必須和電表內(nèi)部電路實(shí)行電氣隔離，并有失效保護(hù)電路,。紅外通信距離應(yīng)該大于 5米,，通信角度≥±15°，紅外通信和 RS485 通信在物理層必須獨(dú)立,，一種通信信道的損壞不得影響另一信道,。

 

2,、硬件設(shè)計(jì)

 

該方案在硬件上由三部分組成,，一是電能計(jì)量部分,，二是MCU控制部分，三是通信部分,。

 

電能計(jì)量部分與MCU控制部分通過光電耦銜接，實(shí)現(xiàn)完全隔離,，電能計(jì)量部分主要完成有功電能脈沖輸出，用于校表,、采集電能量,；無源光電隔離型輸出端口；波形是標(biāo)準(zhǔn)方波,， 脈沖寬度為80ms±20ms,。RS485通信部分與MCU控制部分也是通過光電耦銜接,，實(shí)現(xiàn)完全隔離；紅外通信部分與MCU控制部分共同使用一個電源,，沒有隔離。系統(tǒng)框圖如圖1所示,。

 

圖1 采用HR6P71F微控制器的農(nóng)網(wǎng)表系統(tǒng)框圖

 

3,、軟件設(shè)計(jì)

 

主程序流程圖如圖2所示,在主程序中主要實(shí)現(xiàn)以下功能：1)系統(tǒng)初始化的配置主要實(shí)現(xiàn)端口初始化、AD模塊初始化,、T8P和T16定時器的初始化以及UART的初始化等,；2)上電讀取EEPROM中存儲的電量到芯片的RAM區(qū)，配置到對應(yīng)的電能計(jì)量單元中,，其中讀取EEPROM數(shù)據(jù)使用的是普通I/O口模擬IIC的方法；3)LCD顯示當(dāng)前的總用電量等信息,，方便用戶查閱；通信模塊主要是把電表內(nèi)的一些信息,，例如電表號,，累計(jì)總用電量，電表密碼等與主站服務(wù)器實(shí)現(xiàn)信息交流,；4)當(dāng)查詢到電量存儲的標(biāo)志后,，程序?qū)旬?dāng)前的電量存儲到EEPROM中，當(dāng)AD模塊檢測到有電源掉電時,，程序?qū)⒈４娈?dāng)前的電量存儲到EEPROM中,。

 

圖2 主程序流程圖

 

中斷服務(wù)程序如圖3所示。在中斷服務(wù)服務(wù)中,，外部端口中斷主要處理電能脈沖計(jì)量,，配合T16的定時功能。當(dāng)電能計(jì)量信號有效后,，在程序中累加,，以0.01度電為基準(zhǔn)累加。當(dāng)累計(jì)到一度電時,，產(chǎn)生存儲標(biāo)志位,，在主程序中查詢到該標(biāo)志位后，經(jīng)進(jìn)行存儲工作,。T8P將作為紅外通信的時基處理紅外通信,。接收中斷處理是將接收的數(shù)據(jù)放到計(jì)劃好的RAM區(qū)，在主程序的RS485通信子程序中根據(jù)命令字完成相應(yīng)的工作,；發(fā)送中斷處理是將準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)發(fā)送出去,。

 

圖3 中斷服務(wù)程序

 

方案設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

 

在該方案中,，電能計(jì)量是關(guān)鍵，因?yàn)殛P(guān)系到用戶的電能計(jì)費(fèi),，既不能多計(jì)也不能少計(jì),，一定要把用戶的實(shí)際用電量真實(shí)記錄下來。但是電網(wǎng)的環(huán)境復(fù)雜,，電網(wǎng)中的負(fù)載也存在多樣化,，電表在實(shí)際應(yīng)用中，即使在遇到強(qiáng)電磁干擾的情況下都不允許漏記或者多計(jì)脈沖,。因此,，如何保證計(jì)量電能脈沖的準(zhǔn)確性就是電表方案的重點(diǎn)。要點(diǎn)如下：

 

1)硬件支持,。好的硬件設(shè)計(jì)能在一定程度上削弱電磁干擾信號,；

 

2)HR6P71F芯片的外部中斷口內(nèi)有濾波電路，可以保證去除一部分失效信號或者干擾信號,；

 

3)程序中的設(shè)計(jì)技巧,。因?yàn)殡娔苊}沖波形是標(biāo)準(zhǔn)方波，脈沖寬度為80ms±20ms,，需要定時器T16來定時40ms~50ms左右，以確保脈沖信號的有效,。在中斷服務(wù)程序中,，進(jìn)入中斷后第一個要檢測的就是外部中斷信號,，中斷服務(wù)程序要盡量短，在服務(wù)程序中設(shè)置標(biāo)志位,，到主程序中處理標(biāo)志即可,。

 

整個系統(tǒng)的性能可靠性需要硬件來支持，對芯片的要求也非常高,。HR6P71F芯片內(nèi)部有獨(dú)特的抗干擾設(shè)計(jì),，能在強(qiáng)干擾的環(huán)境中正常工作，識別有效信號,，去除失效信號,；芯片內(nèi)部的上電復(fù)位電路和掉電復(fù)位電路，能保證電表在電網(wǎng)中電壓緩升緩降的環(huán)境下仍然有效工作,；此外,，獨(dú)立RC的看門狗電路也是保證系統(tǒng)安全的基本措施之一。

 

本文小結(jié)

 

目前電能表市場的競爭愈加激烈,，隨著中國本土半導(dǎo)體廠商逐漸成長起來,，產(chǎn)品日益成熟,，越來越多的電能表廠家開始嘗試國產(chǎn)芯片。HR6P71F芯片在電能表上EFT的測試能達(dá)到4.5kV以上,，可以通過各種電磁干擾性能測試,，高性價(jià)比的整體方案可幫助電能表廠商提升產(chǎn)品競爭力。