基于ATT7022在線寬量程電能測量儀的設計與實現(xiàn)

引言

基于att7022芯片的設計旨在使設計方案合理，成為性價比較好的產(chǎn)品，特別是在測量范圍方面有所突破。電流測量范圍為0－500a，可實現(xiàn)多個量程之間的自動平滑切換，且三相四線或三相三線可人工轉(zhuǎn)換；測量精度達到0.2和0.5級；測量的采樣頻率為3.2khz－25.6khz，并能根據(jù)要求從鍵盤輸入互感比、盤轉(zhuǎn)數(shù)和測定轉(zhuǎn)數(shù)，并能隨時修正，以及從液晶屏上實時顯示誤差百分比、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和計量模塊。電源監(jiān)控電路對模擬電源（avcc）進行監(jiān)控，當電源電壓低于4v±5％時，芯片將被復位。att7022片內(nèi)集成了6路16位的adc，采用雙端差分信號輸入。最大輸入電壓是1.5v，即可以輸入最大的正弦信號有效值是1v，建議將電壓通道un對應adc的輸入選在0.5v左右，而電流通道ib對應adc的輸入選擇在0.1v左右。

系統(tǒng)硬件實現(xiàn)方案

系統(tǒng)整體方案設計如圖2所示，該系統(tǒng)主要分為5個部分：前端采集模塊、運算處理模塊、存儲模塊、鍵盤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計量芯片att7022同時采集、依據(jù)采集電流的大小進行判斷識別、自動切換數(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，負載為20ω，電壓互感器規(guī)格為220v/0.5v。輸入接口電路如圖3所示。

運算處理模塊

采用華邦w78e516b實現(xiàn)與att7022芯片的數(shù)據(jù)通信，并進行相應運算、驅(qū)動lcd顯示、控制鍵盤輸入、數(shù)據(jù)的存儲及與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)標準的80c51微處理器系列完全兼容，包含4個8位的雙向并行口，一個額外的4位尋址i/o口（port 4），3個16－bit timer/counters，一個watchdog timer和一個標準的uart.包含512b的ram和64kb的閃存，具有64kb程序存儲地址空間，64kb外部數(shù)據(jù)存儲地址空間，雙數(shù)據(jù)尋址指針，時鐘工作頻率達40mhz。

存儲模塊

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

顯示模塊

顯示部分采用靜電蓬遠sed1335圖形液晶顯示驅(qū)動模塊，320×320彩色液晶屏。由單片機驅(qū)動顯示。

通信模塊

采用rs－232和usb（ch375）接口，實現(xiàn)計算機對電流鉗校驗參數(shù)、校表參數(shù)的寫入和顯示數(shù)據(jù)的輸出控制。

系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)

驅(qū)動程序

顯示驅(qū)動程序：lcd顯示驅(qū)動程序主要負責顯示實時數(shù)據(jù)的大小、位置、顏色、色度、閃爍速度、光標處理等與硬件有關的操作，作為顯示數(shù)據(jù)和硬件之間的載體。

鍵盤驅(qū)動程序：主要完成掃描和鍵值的返回及按鍵次數(shù)的判斷。

存儲驅(qū)動程序：主要完成整型、實型、浮點型等數(shù)據(jù)的存儲和讀取，完全屏蔽硬件和數(shù)據(jù)類型的差異。

采樣驅(qū)動程序：主要完成與att7022電路有關的功率、能量、有效值、功率因數(shù)以及頻率測量等有效參數(shù)的讀取和開機校表數(shù)據(jù)的讀入。

運算程序

主要完成對輸入的采集信號值進行比較，計算誤差百分比、常規(guī)的比例運算、非常規(guī)數(shù)據(jù)處理等運算處理工作。

顯示和菜單算法

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

通信程序以及異常處理程序

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

結(jié)語

本文設計的基于att7022的在線寬量程電能測量儀能夠?qū)崿F(xiàn)在線寬量程電能（不同電流、電壓范圍）的精確測量，并可以與其他測量設備進行在線實時誤差比較分析，求出誤差百分比。實時顯示相關數(shù)據(jù)。經(jīng)實際測試，系統(tǒng)運行良好。