新型带软件校表功能的单相多费率电能表的设计

上网时间: 2009年11月25日? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:格州电子? 电能表? 单相?

摘要:本文设计了一种新型单相付费率电能表,对它的设计原理和通信抄表的实现做了详尽的阐述。该电能表采用基于NEC单片机upd78f0485为主控芯片的硬件平台,实现了实时时钟、数据存储、数据通信、电量采集、液晶显示、超低功耗等功能,并针对电能表通信特点设计了通信协议。产品经过测试表明,所设计的系统达到了低功耗、高可靠性、运行稳定、通信误码率低等设计要求。(关键词:电能表 单相 多费率 UPD78F0485 通信 电量采集)

引言

传统的机械电能表,是通过磁力矩驱动铝盘,带计量器计量电量的。这种计量方式存在着寿命短、误差大、需定期调试,容易窃电,现场抄表等诸多缺陷,操作的可靠性亦得不到保证,而且给城市电网的建设、规划和分析带来了很大困难。为了解决上述问题,具有防窃电功能的,液晶显示的,带有红外通讯、485通讯的电子电能表逐渐被应用,而且将逐渐成为市场的主流。

系统组成

新型带软件校表功能的单相多费率电能表的设计_1

带软件校表功能的单向付费率表的系统结构如图 1 所示。实现原理为:电网的电流和电压信号通过分流器,被采样芯片采样过来,以脉冲(CF)的方式输出给单片机,单片机通过对电能高频脉冲CF的采集和分析,输出电能指示脉冲信号,供脉冲灯和校表用,吧并利用CF信号,计算出采集到的电量,送到LCD驱动,在LCD上显示,同时又写入EEPROM;EEPROM中除了保存电量信息外,还有表号等信息,这些信息可以通过红外和485通讯抄读和设置,也可以在LCD上显示。

硬件设计

硬件设计如图1所示,分为时钟供给模块、数据存储模块、脉冲采集模块、软件校表模块、掉电检测模块、红外输出模块、485通讯模块、电池电压检测模块、拉闸控制模块。主控芯片采用NEC单片机UPD78F0485,其基本特性如下:1.8~5.5V宽电压供电;内部集成PLL锁相环晶振电路,温漂极小;低功耗,副时钟工作的时候,功耗最低1uA;内部集成上电复位电路和低电压检测电路,方便做掉电数据存储;内部集成A/D,可以做电池电压检测;有沿触发外部中断,可以采集电量脉冲;内部集成了IIC电路和两个UART电路,方便2路通讯;并集成了2个16位定时器,2个8位定时器,通用I/O口众多。这些资源,都是UPD78F0485被用来设计电能表的重要原因。

下面就电能表中的一些主要硬件电路的设计做一个简要的分析。

1)485通讯电路设计:

新型带软件校表功能的单相多费率电能表的设计_2
图2:485通讯电路结构

新型带软件校表功能的单相多费率电能表的设计_ESMCOL_3

在电能表系统中,抄表系统在抄表的时候只有固定的集中方式:485、载波、红外。485作为成本低、运行可靠、抄表速度快等特点,现在是抄表用的最广泛的一种方式。图2即为485电路的基本结构。此电路通过光耦把单片机输出的信号,隔离输出到3085芯片,3085芯片再把此信号转变成差分信号送给总线。接受的信号也要通过光耦隔离送回单片机。此电路的特点是3085的RE和DE两个引脚由一根引线一起控制,节省了单片机的一个I/O口,这种接法是有条件的,即电能表上的通讯不是绝对的全双工。由于485电路的差分信号传输距离比较远,一般布线的环境也比较恶劣,所以485线路必须有压敏电阻进行高压保护,而且还要有TVS管,防止瞬态的高压干扰和遭受雷击。

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