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摘要：為滿(mǎn)足新能源電氣設(shè)備的需要，本文以NXP公司的LPC1752和珠海炬力集團(tuán)的ATT7022 A為核心，設(shè)計(jì)一種新型既包括電壓、電流等基本參數(shù)，又包括正反向有功電能、正反向無(wú)功電能計(jì)量的智能電表。本設(shè)計(jì)還能有效去除電網(wǎng)中的諧波干擾成分，具有很高的性?xún)r(jià)比，滿(mǎn)足未來(lái)市場(chǎng)的需求。
論文關(guān)鍵詞：ATT7022,雙向電表,ZLG7290,ARMCortex-M3

　　1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　本電表的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要由高精度多功能三相電能專(zhuān)用計(jì)量芯片ATT7022 A，以Cortex M-3為內(nèi)核的LPC1752，數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)及鍵盤(pán)掃描管理芯片ZLG7290B，EEROM等幾部分組成。其硬件系統(tǒng)框圖如圖1

　　

　　圖1 硬件系統(tǒng)框圖

　　2硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 測(cè)量單元

　　測(cè)量單元主要是由珠海炬力集團(tuán)生產(chǎn)的ATT7022 A芯片為核心。ATT7022A 采用單+ 5 V供電,QFP44封裝。該芯片內(nèi)部集成了6路16位的ADC，采用雙端差分信號(hào)輸入。輸入最大的正弦信號(hào)有效值是1V。本文選取將電壓通道Un對(duì)應(yīng)到ADC的輸入選在0.5V左右。電流通道Ib的ADC輸入選在0.1V左右。

　　ADC前段將芯片與電網(wǎng)進(jìn)行隔離，使電路具有較好的抗干擾性。電壓采樣通過(guò)電壓互感的方式如圖2，電壓互感器規(guī)格選擇220V/0.5V，額定電壓輸入時(shí)電壓差動(dòng)輸入電壓有效值為0.5V左右。

　　

　　圖2 電壓采樣

　　電流互感器電流采樣是通過(guò)電流互感器差分方式完成的,規(guī)格是1.5(6)A/5mA，負(fù)載為 20Ω。如圖3

　　

　　圖3 電流采樣

　　有功功率的測(cè)量是通過(guò)對(duì)去直流分量后的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行乘法、加法、數(shù)字濾波等一系列數(shù)字信號(hào)處理后得到的。電流、電壓采樣數(shù)據(jù)中包含高達(dá)21次的諧波信息，依據(jù)公式

　　計(jì)算得到的有功功率也至少包含21次諧波信息。有功功率測(cè)量原理如圖4，合相有功功率Pt=Pa+Pb+Pc.

　　

　　圖4 有功功率測(cè)量

　　瞬時(shí)有功功率對(duì)時(shí)間積分就得到了有功能量。單相有功能量。正向有功電能寄存器（0x40到 0x43 ）分別記錄A、B、C、合相的正向有功電能；反向有功電能寄存器（0x44 到0x47 ）分別記錄A、B、C、合相的反向有功電能。根據(jù)讀取寄存器的值，就能得到當(dāng)前電能的情況，從而實(shí)現(xiàn)雙向電表計(jì)量的功能。

　　2.2 中央處理單元

　　中央處理單元采用NXP公司生產(chǎn)的，以ARM Cortex-M3為內(nèi)核的LPC1752微控制器。具有高集成度，低功耗，最高運(yùn)行頻率為100MHz。該芯片能很好的滿(mǎn)足電表所需的多通訊接口，現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)環(huán)境的要求。使系統(tǒng)具有較高的可靠性和抗干擾能力。

　　2.3 人機(jī)交互單元

　　廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司自行設(shè)計(jì)的數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)及鍵盤(pán)掃描管理芯片。能夠直接驅(qū)動(dòng)8 位共陰式數(shù)碼管（或64只獨(dú)立的LED），同時(shí)還可以?huà)呙韫芾矶噙_(dá)64只按鍵。采用 I2C 總線(xiàn)方式，與微控制器的接口僅需兩根信號(hào)線(xiàn)，節(jié)省I/O 資源。該芯片為工業(yè)級(jí)芯片，抗干擾能力強(qiáng)，在工業(yè)測(cè)控中已有大量應(yīng)用。鍵盤(pán)部分有個(gè)鍵，分別是設(shè)置、選擇、調(diào)節(jié)和確認(rèn)。來(lái)切換個(gè)參數(shù)的顯示與調(diào)節(jié)，以及讀/取存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)。8位共陰式數(shù)碼管顯示A、B、C合相電壓、電流、有功/無(wú)功功率及電能等參數(shù)。

　　2.4 其它單元

　　存儲(chǔ)單元：CAT24C161是集EEPROM存儲(chǔ)器，復(fù)位控制器和看門(mén)狗定時(shí)器三種流行功能于一體的芯片。以I2C總線(xiàn)方式與主機(jī)進(jìn)行通訊。

　　3軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 軟件設(shè)計(jì)

　　由于采用的三相電能計(jì)量芯片，可以使CPU省去A/D采樣處理等運(yùn)算，CPU只需對(duì)電能計(jì)量芯片進(jìn)行操作即可，大大簡(jiǎn)化了軟件程序。軟件流程圖如圖5所示。

　　初始化包括LPC1752的I/O口、SPI、UART、鍵盤(pán)顯示、計(jì)量芯片的初始化。

　　軟件校表時(shí)，對(duì)電壓、電流校正，啟動(dòng)電流及斷相閾值的設(shè)置沒(méi)有順序上的要求。但在進(jìn)行功率校正是，先設(shè)置合相電能累加模式，電壓通道ADC增益和高頻輸出，然后做功率增益校正，再進(jìn)行相位校正。

　　所有的校正都是在相應(yīng)的校表寄存器參數(shù)為零的條件下進(jìn)行的。

　　鍵盤(pán)、顯示程序主要是對(duì)ZLG7290的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

　　

　　圖5 軟件流程圖

　　4結(jié)束語(yǔ)

　　該雙向電表采用了ATT7022電能專(zhuān)用計(jì)量芯片，使得整個(gè)電路簡(jiǎn)單化，電壓、電流采集端過(guò)濾了一部分干擾，協(xié)同軟件校表具有較高的精確度和穩(wěn)定性。同時(shí)ZLG7290本身具有鍵盤(pán)自動(dòng)去抖、連擊鍵計(jì)數(shù)，LED閃爍等功能，都降低了CPU的工作負(fù)荷。該電表穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，功能齊全，實(shí)現(xiàn)了雙向計(jì)費(fèi)功能，在未來(lái)具有很高的實(shí)用價(jià)值。

　　作者簡(jiǎn)介：

　　李俊峰，男，河北保定，1984年生, 現(xiàn)就讀于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）機(jī)電與信息工程學(xué)院，研究生二年級(jí)，專(zhuān)業(yè)：電路與系統(tǒng)。郵碼:100083。E-mail: lijunfeng_518@163.com

　　高峰，男，四川宜賓，1989年生，現(xiàn)就讀于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）機(jī)電與信息工程學(xué)院，研究生二年級(jí)，專(zhuān)業(yè)：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化。

　　賈少才 ，男。北京大興，1986年生，現(xiàn)就讀于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）機(jī)電與信息工程學(xué)院，研究生三年級(jí)，專(zhuān)業(yè)：電路與系統(tǒng)。郵碼:100083，E-mail: jiashaocai307@126.com

　　通訊作者：

　　李俊峰，男，河北保定，1984年生, 現(xiàn)就讀于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）機(jī)電與信息工程學(xué)院，研究生二年級(jí)，專(zhuān)業(yè)：電路與系統(tǒng)。郵碼:100083。Tel15001253869 E-mail: lijunfeng_518@163.com

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