基于ARM多用戶智能電能表設(shè)計(jì)

0 引 言
隨著城市居民住房的發(fā)展，樓房用表需求量不斷增大，傳統(tǒng)的把多個(gè)電能表掛在一起的計(jì)量方式越來(lái)越顯出它的弊端；即體積大，成本高，工程造價(jià)高，不利于新型住房的集中用電管理。多用戶、多功能智能電表不僅能很好地解決上述問(wèn)題，還能實(shí)現(xiàn)很多智能化的功能。
多用戶多功能智能電能表可同時(shí)計(jì)量48戶居民的用電量。該電能表采用2塊LPC2294控制，以完成數(shù)據(jù)的通信和采集；采用2塊ARM，以減輕CUP的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)的多功能化和智能化。相對(duì)于單用戶電表，多用戶電表有多達(dá)32路以上通道，采用同一系統(tǒng)進(jìn)行分時(shí)處理，該系統(tǒng)采用12位A／D轉(zhuǎn)換芯片AD8364，能保證數(shù)據(jù)采集的精度和速度。上位機(jī)還能實(shí)現(xiàn)與銀聯(lián)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，可遠(yuǎn)程控制用戶的用電。多用戶、多功能電能表在靈活性、多功能化、智能化、精度等方面都有優(yōu)勢(shì)。

1 測(cè)量原理
該電能表采用交流采樣方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后通過(guò)算法獲得電壓、電流、有功功率、功率因素等。

將上式離散化后得：

式中用1個(gè)周期內(nèi)有限個(gè)采樣電壓數(shù)字量來(lái)代替1個(gè)周期內(nèi)連續(xù)變化的電壓函數(shù)值；△Tm為相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔；μm為第m一1個(gè)時(shí)間間隔的電壓采樣瞬時(shí)值；N為1個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)。
當(dāng)采用等間隔采樣時(shí)，△Tm為常數(shù)△丁，同時(shí)N=(T／△T)+1，則式(2)變?yōu)椋?br />

式(3)是根據(jù)一個(gè)周期采樣瞬時(shí)值及每周期點(diǎn)數(shù)計(jì)算電壓有效值的公式。
電流計(jì)算公式：

計(jì)算有功功率的公式：

離散化后為：

式中：im，μm為同一時(shí)刻的電流、電壓采樣值。

2 系統(tǒng)總體方案
系統(tǒng)的硬件和軟件采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)并充分考慮系統(tǒng)的擴(kuò)展能力。電能表由主控板、通信板、顯示板、繼電器控制板和電源板5部分組成。通信模塊負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程通信；主控板完成電能表的所有基本功能；顯示板作為系統(tǒng)的顯示終端；繼電器控制板完成斷電和供電控制；電源板為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定安全的電流。圖1是電能表的結(jié)構(gòu)框圖。該電能表的工作原理是：首先由32路電流互感器采樣，再由模擬開(kāi)關(guān)選通后放大濾波送入AD8364轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，同時(shí)電壓互感器采樣的電壓經(jīng)濾波送入A／D轉(zhuǎn)換器。得到電壓和電流的數(shù)字量轉(zhuǎn)給采集CPU。采集CPU根據(jù)瞬時(shí)電壓和瞬時(shí)電流計(jì)算瞬時(shí)功率，并把結(jié)果送到顯示模塊予以存儲(chǔ)。采集CPU與通信cUP傳遞數(shù)據(jù)，通信CPU通過(guò)cAN總線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。