新型帶軟件校表功能的單相多費(fèi)率電能表的設(shè)計(jì)

引言

傳統(tǒng)的機(jī)械電能表，是通過(guò)磁力矩驅(qū)動(dòng)鋁盤(pán)，帶計(jì)量器計(jì)量電量的。這種計(jì)量方式存在著壽命短、誤差大、需定期調(diào)試，容易竊電，現(xiàn)場(chǎng)抄表等諸多缺陷，操作的可靠性亦得不到保證，而且給城市電網(wǎng)的建設(shè)、規(guī)劃和分析帶來(lái)了很大困難。為了解決上述問(wèn)題，具有防竊電功能的，液晶顯示的，帶有紅外通訊、485通訊的電子電能表逐漸被應(yīng)用，而且將逐漸成為市場(chǎng)的主流。

系統(tǒng)組成

帶軟件校表功能的單向付費(fèi)率表的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。實(shí)現(xiàn)原理為：電網(wǎng)的電流和電壓信號(hào)通過(guò)分流器，被采樣芯片采樣過(guò)來(lái)，以脈沖(CF)的方式輸出給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)對(duì)電能高頻脈沖CF的采集和分析，輸出電能指示脈沖信號(hào)，供脈沖燈和校表用，吧并利用CF信號(hào)，計(jì)算出采集到的電量，送到LCD驅(qū)動(dòng)，在LCD上顯示，同時(shí)又寫(xiě)入EEPROM；EEPROM中除了保存電量信息外，還有表號(hào)等信息，這些信息可以通過(guò)紅外和485通訊抄讀和設(shè)置，也可以在LCD上顯示。

硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)如圖1所示，分為時(shí)鐘供給模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、脈沖采集模塊、軟件校表模塊、掉電檢測(cè)模塊、紅外輸出模塊、485通訊模塊、電池電壓檢測(cè)模塊、拉閘控制模塊。主控芯片采用NEC單片機(jī)UPD78F0485，其基本特性如下：1.8~5.5V寬電壓供電；內(nèi)部集成PLL鎖相環(huán)晶振電路，溫漂極小；低功耗，副時(shí)鐘工作的時(shí)候，功耗最低1uA；內(nèi)部集成上電復(fù)位電路和低電壓檢測(cè)電路，方便做掉電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；內(nèi)部集成A/D，可以做電池電壓檢測(cè)；有沿觸發(fā)外部中斷，可以采集電量脈沖；內(nèi)部集成了IIC電路和兩個(gè)UART電路，方便2路通訊；并集成了2個(gè)16位定時(shí)器，2個(gè)8位定時(shí)器，通用I/O口眾多。這些資源，都是UPD78F0485被用來(lái)設(shè)計(jì)電能表的重要原因。

下面就電能表中的一些主要硬件電路的設(shè)計(jì)做一個(gè)簡(jiǎn)要的分析。

1)485通訊電路設(shè)計(jì)：

圖2：485通訊電路結(jié)構(gòu)

在電能表系統(tǒng)中，抄表系統(tǒng)在抄表的時(shí)候只有固定的集中方式：485、載波、紅外。485作為成本低、運(yùn)行可靠、抄表速度快等特點(diǎn)，現(xiàn)在是抄表用的最廣泛的一種方式。圖2即為485電路的基本結(jié)構(gòu)。此電路通過(guò)光耦把單片機(jī)輸出的信號(hào)，隔離輸出到3085芯片，3085芯片再把此信號(hào)轉(zhuǎn)變成差分信號(hào)送給總線。接受的信號(hào)也要通過(guò)光耦隔離送回單片機(jī)。此電路的特點(diǎn)是3085的RE和DE兩個(gè)引腳由一根引線一起控制，節(jié)省了單片機(jī)的一個(gè)I/O口，這種接法是有條件的，即電能表上的通訊不是絕對(duì)的全雙工。由于485電路的差分信號(hào)傳輸距離比較遠(yuǎn)，一般布線的環(huán)境也比較惡劣，所以485線路必須有壓敏電阻進(jìn)行高壓保護(hù)，而且還要有TVS管，防止瞬態(tài)的高壓干擾和遭受雷擊。

2)紅外通訊電結(jié)構(gòu)：

圖3：紅外通訊電路結(jié)構(gòu)