基于ATT7022在線(xiàn)寬量程電能測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引言

基于att7022芯片的設(shè)計(jì)旨在使設(shè)計(jì)方案合理，成為性?xún)r(jià)比較好的產(chǎn)品，特別是在測(cè)量范圍方面有所突破。電流測(cè)量范圍為0－500a，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)量程之間的自動(dòng)平滑切換，且三相四線(xiàn)或三相三線(xiàn)可人工轉(zhuǎn)換；測(cè)量精度達(dá)到0.2和0.5級(jí)；測(cè)量的采樣頻率為3.2khz－25.6khz，并能根據(jù)要求從鍵盤(pán)輸入互感比、盤(pán)轉(zhuǎn)數(shù)和測(cè)定轉(zhuǎn)數(shù)，并能隨時(shí)修正，以及從液晶屏上實(shí)時(shí)顯示誤差百分比、三相電壓、三相電流、相位、功率因數(shù)、向量圖、功率和電能等參數(shù)，未工作時(shí)顯示菜單。

att7022的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)

如圖1所示，att7022的內(nèi)部主要包括電源監(jiān)控電路，atc和計(jì)量模塊。電源監(jiān)控電路對(duì)模擬電源（avcc）進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)電源電壓低于4v±5％時(shí)，芯片將被復(fù)位。att7022片內(nèi)集成了6路16位的adc，采用雙端差分信號(hào)輸入。最大輸入電壓是1.5v，即可以輸入最大的正弦信號(hào)有效值是1v，建議將電壓通道un對(duì)應(yīng)adc的輸入選在0.5v左右，而電流通道ib對(duì)應(yīng)adc的輸入選擇在0.1v左右。

系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)方案

系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)如圖2所示，該系統(tǒng)主要分為5個(gè)部分：前端采集模塊、運(yùn)算處理模塊、存儲(chǔ)模塊、鍵盤(pán)輸入模塊和顯示模塊。

前端采集模塊

采集部分采用鉗型互感器和三個(gè)計(jì)量芯片att7022同時(shí)采集、依據(jù)采集電流的大小進(jìn)行判斷識(shí)別、自動(dòng)切換數(shù)據(jù)傳輸和接收。

本文選擇的電流互感器規(guī)格是一次電流分別為0－500a，0－10a，二次電流為10ma、2ma，精度0.05級(jí)，負(fù)載為20ω，電壓互感器規(guī)格為220v/0.5v。輸入接口電路如圖3所示。

運(yùn)算處理模塊

采用華邦w78e516b實(shí)現(xiàn)與att7022芯片的數(shù)據(jù)通信，并進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)算、驅(qū)動(dòng)lcd顯示、控制鍵盤(pán)輸入、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及與usb芯片的接口通信等功能。
w78e516b微處理器支持較寬的電壓變化范圍，大大增加了芯片的抗干擾性能。它與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80c51微處理器系列完全兼容，包含4個(gè)8位的雙向并行口，一個(gè)額外的4位尋址i/o口（port 4），3個(gè)16－bit timer/counters，一個(gè)watchdog timer和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的uart.包含512b的ram和64kb的閃存，具有64kb程序存儲(chǔ)地址空間，64kb外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址空間，雙數(shù)據(jù)尋址指針，時(shí)鐘工作頻率達(dá)40mhz。

存儲(chǔ)模塊

數(shù)據(jù)的緩沖采用8kb ram（hm6264b）；數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)采用4kb eeprom（at28c64b）。

顯示模塊

顯示部分采用靜電蓬遠(yuǎn)sed1335圖形液晶顯示驅(qū)動(dòng)模塊，320×320彩色液晶屏。由單片機(jī)驅(qū)動(dòng)顯示。

通信模塊

采用rs－232和usb（ch375）接口，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)電流鉗校驗(yàn)參數(shù)、校表參數(shù)的寫(xiě)入和顯示數(shù)據(jù)的輸出控制。

系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)

驅(qū)動(dòng)程序

顯示驅(qū)動(dòng)程序：lcd顯示驅(qū)動(dòng)程序主要負(fù)責(zé)顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的大小、位置、顏色、色度、閃爍速度、光標(biāo)處理等與硬件有關(guān)的操作，作為顯示數(shù)據(jù)和硬件之間的載體。

鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序：主要完成掃描和鍵值的返回及按鍵次數(shù)的判斷。

存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)程序：主要完成整型、實(shí)型、浮點(diǎn)型等數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取，完全屏蔽硬件和數(shù)據(jù)類(lèi)型的差異。

采樣驅(qū)動(dòng)程序：主要完成與att7022電路有關(guān)的功率、能量、有效值、功率因數(shù)以及頻率測(cè)量等有效參數(shù)的讀取和開(kāi)機(jī)校表數(shù)據(jù)的讀入。

運(yùn)算程序

主要完成對(duì)輸入的采集信號(hào)值進(jìn)行比較，計(jì)算誤差百分比、常規(guī)的比例運(yùn)算、非常規(guī)數(shù)據(jù)處理等運(yùn)算處理工作。

顯示和菜單算法

完成圖形和漢字顯示初始化和數(shù)據(jù)顯示及動(dòng)態(tài)圖形處理、多級(jí)菜單的處理、菜單的切換、存儲(chǔ)位置的定義等操作。

通信程序以及異常處理程序

主要完成與att7022的通信，以及與上位機(jī)校表參數(shù)等數(shù)據(jù)通信。

結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的基于att7022的在線(xiàn)寬量程電能測(cè)量?jī)x能夠?qū)崿F(xiàn)在線(xiàn)寬量程電能（不同電流、電壓范圍）的精確測(cè)量，并可以與其他測(cè)量設(shè)備進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)誤差比較分析，求出誤差百分比。實(shí)時(shí)顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。經(jīng)實(shí)際測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行良好。