基于CAN總線的脈沖電表遠程抄表采集模塊研究

1、引言

脈沖電表是目前電力系統(tǒng)用戶側(cè)較為常見的一種電子電量表計。對于遠程電子抄表系統(tǒng)，要實現(xiàn)對脈沖表輸出脈沖的可靠、精確計量。本文研究探討了對于脈沖表可靠脈沖捕捉、脈沖計量，特別研究了脈沖電表信號輸出線路的斷線報警、掉電數(shù)據(jù)存儲等關鍵問題，并對區(qū)域脈沖表群抄表需要的現(xiàn)場總線進行了研究，提出用CAN 總線為數(shù)據(jù)通信的脈沖電表群的模塊化解決方案。

2、脈沖采集模塊設計

CH1 脈沖采集的主要任務是對CH2 CH3 脈沖電表輸出脈沖的實時、準確計數(shù)，CH4 是所有電量統(tǒng)計的基礎。脈沖采集模塊CH5 的好壞直接影響整個系統(tǒng)的可靠性和CH6 準確性，因此在整個抄表系統(tǒng)中占據(jù)著CH7重要的地位。



2.1脈沖采集板的結(jié)構(gòu)

采集板的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要以單片機 P87C591為核心，設計對8路電表進行數(shù)據(jù)采集，并可以將數(shù)據(jù)存入SEEROM中，另外帶有掉電保護及通信接口等模塊。

采集模塊配有電源斷電監(jiān)視、數(shù)據(jù)保護功能，當監(jiān)測到掉電情況時，及時在掉電前進行數(shù)據(jù)備份，防止突發(fā)斷電導致數(shù)據(jù)丟失。

2.2脈沖采集模塊的硬件設計

根據(jù)系統(tǒng)的設計要求，每個采集模塊完成8個電表的采集任務，需要占用單片機的 8個I/O接口。單個經(jīng)過光電隔離的脈沖數(shù)據(jù)采集電路如圖2所示。



圖中D0為VCC 保護二極管，R0為限流電阻，來保護光耦中的發(fā)光二極管。C10和R10組成RC低通濾波器，D10為鉗位二極管，處理尖峰類的干擾信號。R4和R5為分壓電阻。R3為上拉電阻，起限流作用。

電表輸出的脈沖信號采用的是5V直流電。經(jīng)濾波后，進入光耦，然后電阻分壓到4V的電平信號進入單片機。通過單片機P87C591的P2口來對脈沖信號進行采集，在圖2中還可以看到由于是上接上拉電阻，所以使得光耦輸出脈沖波形與電表輸出脈沖波形剛好反向。

　2.3脈沖采集模塊的軟件設計

脈沖采集的軟件設計主要處理脈沖的準確采樣，對當前時段的數(shù)據(jù)做累計處理。并且軟件設計中包括了重復檢測及防抖動的抗干擾設計。軟件流程圖如圖3。



2.4脈沖采集抗干擾措施

脈沖采集電路的抗干擾能力決定著系統(tǒng)的精度和所采集數(shù)據(jù)的可靠性，需要從多方面 提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

2.4.1硬件抗干擾措施

從圖2中可以看到，硬件設計中主要采取了光電隔離技術、低通濾波技術。光電耦合器的輸入阻抗小，只有電流信號才能驅(qū)動發(fā)光管，因此，可以隔離來自市電系統(tǒng)的感應電壓及其過電壓。圖2中 RC低通濾波器，濾掉高頻信號的干擾。因為電容的電壓非突變性，結(jié)合穩(wěn)壓二極管，可以將電壓鉗于一個比較穩(wěn)定的值，可以抑制尖峰類的干擾，可以吸收對來自空間電磁輻射對系統(tǒng)輸入的干擾，也確保進入單片機的信號脈沖有完好的波形。

2.4.2軟件抗干擾措施

對輸入的脈沖進行捕捉、采集是抄表系統(tǒng)重要計量環(huán)節(jié)，模塊除了在硬件上采取了相應的隔離和濾波措施，在軟件設計上也采取了重復檢測和防抖動的措施，提高脈沖捕捉的準確、可靠。

數(shù)據(jù)采集在中斷程序中進行，設定定時中斷周期為 2ms，在中斷服務程序中判別 8路電表電平的狀態(tài)。對于每一路輸入信號，在收到高電平后，如連續(xù)采樣 10次均為低電平，則認為是一個有效的低電平，這時記錄該路信號的累加器加1。如在中間出現(xiàn)一個干擾信號，不予計數(shù)，用這種方法可以有效干擾的抑制抖動類的干擾。如圖 4所示。