基于ATMEGA32單片機(jī)之三相網(wǎng)絡(luò)電力儀表之研制

摘要：介紹了以低功耗單片機(jī)ATMEGA32設(shè)計之三相網(wǎng)絡(luò)電力儀表之設(shè)計原理、硬件組成、軟件設(shè)計、測量功能。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：關(guān)鍵詞:單片機(jī);設(shè)計原理;電力儀表 Development of a multifunctional  three-phase power meter based on ATMEGA32 MCU            Ye Guo Wen(Department of Electronic Information Engineering, Lishui University , LiShui 323000,China)Abstract:This paper introduce design principle ,hardware makeup software design ,measurement principle of ATMEGA32 MCU with high performance and low power consumption , and measuring principle of a multifunctional  three-phase power meter based on ATMEGA32 MCU Keyword：MCU;design principle ;electron energy meter,0引言電能表是用來測量電路中電流在某一段時間內(nèi)所消耗電能之儀表，俗稱電度表。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：我國是電能表生產(chǎn)大國，年生產(chǎn)能力達(dá)2億臺。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：目前，我國電能表之市場份額基本上是感應(yīng)式與電子式六四分成，但電子式電能表呈現(xiàn)進(jìn)一步發(fā)展之趨勢。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：由于電子式電能表具有數(shù)字通信接口，促使電能計量及用電管理自動化系統(tǒng)得到了大量使用(負(fù)荷控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng))，各類抄表系統(tǒng)之可靠性、實用性有了較大提高。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：隨著電能計量芯片發(fā)展和完善，使得采用電能計量芯片和MCU設(shè)計之多功能電子式電能表不僅能實現(xiàn)電能表之各種功能，而且具有精度高，功能擴(kuò)展方便，軟件易實現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：可以說多功能電子式電能表是電能表現(xiàn)在和將來發(fā)展方向。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：本課題正是基于ATMEGA32單片機(jī)和ATT7022計量芯片相結(jié)合而研制之三相網(wǎng)絡(luò)電力儀表。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：1設(shè)計原理及設(shè)計要求1．1設(shè)計原理本儀表能測量所有常用之電力參數(shù)電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、頻率、功率因數(shù)和電能等參數(shù)。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：三相網(wǎng)絡(luò)電力儀表之構(gòu)成如圖1所示，儀表工作時，電壓、電流信號經(jīng)取樣電路分別取樣后，經(jīng)電能處理專用集成電路做系列運(yùn)算后，得到電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能和頻率等實時數(shù)據(jù)，再經(jīng)CPU處理后由LCD顯示。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：同時CPU還實現(xiàn)通信和控制功能。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：1．2設(shè)計要求1．2．1測量參數(shù)精度技術(shù)指標(biāo)參數(shù)額定值范圍精度電壓AC100V0~120%0.2%AC220V電流AC1A0~120%0.2%AC5A有功/無功/視在功率__0.5%有功/無功電能__0.5%功率因數(shù)__0.5%頻率_45~60HZ0.5%測量參數(shù)電流、電壓誤差要求為0.2%，分析計量芯片ATT7022B可知：其內(nèi)部集成了七路16位A/D轉(zhuǎn)換器，電流通道有效值在2mv-1mv之范圍內(nèi)線性誤差小于0.5%，電壓通道有效值在10mv—1v之范圍內(nèi)線性誤差小于0.5%。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：電壓取值在0.2V—0.6V(放大后之電壓值，我們電壓取樣信號為0.1V，電壓通道之放大倍數(shù)選4倍)，電流取值在2mV--1V，電能線性誤差小于0.1%。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：因此，本儀表采樣電路選用互感器（產(chǎn)品精度為0.1%），所用其他元件也是精密元件來滿足設(shè)計要求。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：從測量原理來看，測量參數(shù)精度取決于ATT7022B這一計量芯片，1．2．2主要功能特點(diǎn)    (1) 規(guī)格型號與脈沖常數(shù)對照表類 別參比電壓Un額定電流In有功脈沖常數(shù)三相三線3×100V2×1 (2)A10000imp/kWh2×5 (6)A10000imp/kWh三相四線3×220/380V3×1 (2)A10000imp/kWh3×5 (6)A10000imp/kWh(2)電網(wǎng)系統(tǒng)頻率：45~60Hz            (3)測量周期：1/2秒      (4)電源輸入范圍：AC85~265V/DC100~280V      (5)功耗：≤3VA(6)開關(guān)量輸入?yún)��?shù):無源干接點(diǎn)，接通電阻<500Ω，關(guān)斷電阻>500kΩ(監(jiān)視電壓+12V)      (7)遙控量輸出參數(shù):繼電器輸出（常開），負(fù)載電壓 AC250V/DC30V，負(fù)載電流<5A(8)氣候條件:正常工作溫度：-20℃~+70℃;存貯和運(yùn)輸溫度：-40℃~+80℃;存貯和工作濕度：≤85％(9) 外形尺寸:96mm×96mm×84mm(10)重量：約0.4kg2．硬件系統(tǒng)設(shè)計

       具體硬件電路括電流、電壓輸入電路、電能處理部分(數(shù)據(jù)采集電路邏輯判斷電路) 、LCD顯示電路、按鍵輸入電路、開關(guān)電源電路、時鐘電路、RS485串行通訊接口電路、2路開關(guān)量輸出、2路開關(guān)量輸入電路等，硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1

圖1 三相網(wǎng)絡(luò)電力儀表硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2．1信號之采樣2．1．1電壓之采樣本設(shè)計采用電壓互感器PT將電網(wǎng)電壓(如220V)變換為采樣電壓，采用三個電壓互感器220V/0.5V(精度0.1級)，通過差分電路形式，由

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