电能表中通讯接口电路的设计以及实现

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电能计量系统通信接口设计

ª 信息技术28电能计量系统通信接口设计马彪（辽宁信息职业技术学院）摘要：文章介绍了基于485网络的学生公寓电能计量管理系统的设计，详细地介绍了系统的硬件构成及工作原理，并结合实际需要设计了网络通信协议。

系统采用微机与IC 卡管理机进行双重管理，使系统工作可靠、操作方便。

关键词：电能计量；485网络；AD77551引言随着大专院校后勤社会化改革的不断发展，学生公寓用电管理已逐步采用付费方式，急需一种新的电能集中计量管理系统。

基于485网络的公寓电能计量系统采用了先进的电能计量芯片，是一种先进的集中式电能计量系统，具有电能计量、负荷检测、数据统计、报表、打印等多种功能。

本文重点介绍其通信接口与通信协议设计。

2系统组成与硬件单元电路设计系统组成见图1所示。

本系统设计计量房间数为510户，制作四个计量控制柜，每个控制柜由8个计量控制子系统组成，可计量128个房间。

各计量控制子系统采用插卡式结构，由控制电路、显示电路、母板电路、及16个电量采样电路模块组成。

电量采样电路用于采样某一房间的用电量并将其转换成标准脉冲信号；显示电路用于巡回显示16个房间的用电信息；各种信号与数据均通过母板电路进行传输；控制电路实现对数据的采集处理并产生各种控制信号。

各计量控制子系统通过485接口与IC 卡管理机及微机相联构成通信网络，从而实现智能化管理。

2.1 IC 卡管理机IC 卡管理机可实现系统实时信息查询、电费存储与查询及开关定时控制等，其组成框图见图2所示。

电路由89S52微处理器、时钟芯片（PCF8563）、E 2PROM 存储器（24LC64）、IC 卡接口电路、17键串行键盘、大屏幕液晶显示器（LCD ）、485通信接口电路及掉电检测电路（MAX813L ）组成。

2.2电量采样电路设计电量采样电路为电能计量的关键电路。

该电路以电能计量转换芯片AD7755为核心实现对公寓各房间用电的计量，并将电能信号转换成标准脉冲信号送到单片机处理电路。

智能电能表RS—485通讯接口设计及现场失效分析

智能电能表RS—485通讯接口设计及现场失效分析随着国家智能电网的快速发展，智能电表和电能量采集系统在城乡电网中普遍安装应用，本文就目前在智能电能表组网过程中遇到的问题，从RS-485接口电路原理分析入手，分析现场遇到的RS-485通讯失效问题，解释问题原因，并提出相应解决方法和手段。

关键字：RS-485 智能电能表通讯接口失效分析前言为贯彻落实国家电网公司建设和构建智能电网、智能用电的发展战略与服务体系，智能电表用电信息采集系统得到大范围的推广和安装。

智能电能表与用电信息采集系统的信息交互式通过电能表的本地通讯接口完成。

因此，智能电能表的本地通讯接口工作的稳定性和可靠性显的尤为重要。

1 智能电能表RS-485接口硬件电路分析作为一种简单、廉价而且可靠的通讯规范，RS-485采用平衡发送和差分接收的形式，因此在其使用过程中具有很强的抑制共模干扰的能力，加上RS-485接口的接收器具有200mV的接收灵敏度，能够在千米之外恢复通讯信号。

目前在智能电能表上采用的RS-485通讯接口电路如图1所示。

电路中U2为将TTL电平转换成差分输出的RS-485驱动芯片，目前智能电能表中广泛采用的RS-485驱动芯片种类繁多，但这些芯片的功能是一致的，通讯效果差异不大。

此电路与典型RS-485推荐电路相比较，省去了U2收发控制端的驱动隔离光耦，原因一是智能电能表生产厂家成本控制的结果，即减少智能电能表生产成本；二是降低RS-485电路的功耗。

RS-485接口输出电平“1”时，光耦E2处于截止状态，电阻R6和R8的分压作用，使芯片U2的收发控制端处于低电平，即U2处于接收状态，输出A和B 为高阻状态，电阻R9和R10对拉使得RS-485总线处于确定的“1”状态，所以此电路输出“1”不是驱动芯片U2S输出完成，是由电阻R9和R10对拉形成。

RS-485接口输出电平“0”时，光耦E2处于导通状态，驱动芯片的收发控制端处于高电平，使芯片处于发送状态。

[实用参考]用单片机C语言实现多功能电能表通信协议(电能表端)

毕业论文(设计)题目名称：用单片机C语言实现多功能电能表通信协议（电能表端）题目类型：毕业设计学生姓名：院(系)：电子信息学院专业班级：指导教师：辅导教师：时间：20GG年2月21日至20GG年06月10目录长江大学毕业论文(设计)任务书 (I)长江大学毕业论文(设计)开题报告....................................................................................... I II 长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见 ..................................................................... IG 长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语............................................................................... G 长江大学毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定 ................................................................. GI 摘要.......................................................................................................................................... G II Abstract ................................................................................................................................. G III 第一章前言 .. (1)第二章选题背景 (2)2.1行业现状及发展趋势 (2)2.2选题任务 (3)第三章方案论证 (5)3.1DL/T645-20GG《多功能电能表通信协议》介绍 (5)3.2整体设计思想 (8)3.3单片机的串行口简介 (8)3.4单片机多机通信系统相关理论 (14)3.5通信接口的选择 (15)3.6微控制器的选择 (19)3.7软件环境 (20)第四章设计论述 (22)4.1硬件原理图设计 (22)4.2软件设计 (22)第五章结果分析 (37)第六章设计总结 (38)6.1工作总结 (38)6.2存在的不足 (38)6.3设计展望 (39)参考文献 (39)致谢 (41)附录 (42)长江大学毕业论文(设计)任务书学院（系）电子信息学院专业电气工程及其自动化班级学生姓名指导教师/职称1.毕业论文(设计)题目：用单片机C语言实现多功能电表通信协议（电能表端）2.毕业论文(设计)起止时间：20GG年12月18日～20GG年6月10日3．毕业论文(设计)所需资料及原始数据（指导教师选定部分）1)DL/T645协议4．毕业论文(设计)应完成的主要内容1)学习单片机汇编和C语言编程2)熟悉单片机串口通信相关知识3)编程实现DL/T645多功能表通信协议（电能表端）5．毕业论文(设计)的目标及具体要求1)学习单片机汇编和C语言编程2)熟悉单片机串口通信相关知识3)编程实现DL/T645多功能表通信协议（电能表端）6、完成毕业论文(设计)所需的条件及上机时数要求120学时任务书批准日期20GG 年12月日教研室(系)主任(签字)任务书下达日期20GG 年12月18日指导教师(签字)完成任务日期20GG 年6 月10日学生（签名）长江大学毕业设计开题报告题目名称用单片机C语言实现多功能电能表通信协议（电能表端）题目类别毕业设计院（系）电子信息学院专业班级电气10703学生姓名指导教师辅导教师开题报告日期20GG年3月14 日用单片机C语言实现多功能电表通信协议（电能表端）学生：电子信息学院指导教师：电子信息学院1题目来源题目来源：生产/社会实际2研究目的和意义电能是最重要的能源，它的应用在生产技术上曾引起划时代的变革。

智能电表的设计

四川理工学院课程设计书学院计算机学院专业物联网工程20121班课程无线传感器网络题目现代小区智能电表课程设计教师符长友学生胥玉环刘依粒胡伟杰宋治桦设计时间：2014年7月5日至2017年7月11日前言近年来，在低碳经济、绿色节能及可持续发展思想的推动下，如何进一步提高电网效率，积极应对环境挑战，提高供电可靠性和电能质量，完善电力用户服务，适应更加开放的能源及电力市场化环境需要，对未来电网的发展提出了更高的要求。

智能电网的概念应运而生并成为全球电力行业共同研究和探讨的热点，支撑中国乃至全球智能电网的将是通信技术、信息处理技术和控制技术。

智能电表作为智能电网建设的重要基础装备，加快智能电表产业链整合，促进其产业化，对于电网实现信息化、自动化和互动化具有支撑作用。

基于以上分析，本文研究旨在基于AT89C51单片机的智能电表的设计。

本次设计基于单片机AT89C51是以微处理器或微控制器芯片为核心的可以存储大量的测量信息并具有对测量结果进行实时分析、综合和做出各种判断能力的仪器。

一般具有自动测量功能，强大的数据处理能力，进行自动调零和单位换算功能，能进行简单的故障提示，具有操作面板和显示器，有简单的报警功能。

本文主要包括以下三个方面的工作：(1)智能电表的设计背景、优点及发展现状本文首先分析智能电表的设计背景，其次讨论智能电表的优点及相关的应用。

(2)智能电表的硬件和软件实现分析智能电表应该具备的功能，给出该仪表的总体设计框图；详细讨论了该电路的核心芯片选取、数据采集电路的设计、通信电路及输入输出系统的实现并给出了核心芯片．AT89C51的详细参数；使用结构化程序设计手段，利用单片机C语言程序实现按键的扫描并处理程序、数据的采集及后续的算法程序、红外或RS485通信方式的自动抄表程序、CPU卡的读写操作程序以及段式LCD的显示驱动程序。

(3)设计的结论分析、不足及未来的展望阐述了设计的测试结果并对结论进行了分析，给出了设计中的不足之处，并提出了将来的修改意见及改进之处，对智能电表的未来进行展望。

电子式电能表无线通信接口设计

１硬件设计
电子式电能表无线通信接口的电路原理图如图１所示。主要由ＭＣ控制单元和无线收发与无线通信接口连接，采
表：
；口．Ｕ控制单元Ｓ无收０ＭＣＰ线发Ｉ
［收稿日期］２１ —０一ｌ０２１１［基金项目］湖北省教育厅科学研究计划资助项目（２０１０）Ｄ０９５３。［作者简介］郝毫毫（９８一，男，１８年大学毕业，１６）９９硕士，讲师，现主要从事智能仪器、无线传感器网络技术等方面的教学与研究工作。
通信、红外通信以及短距离无线通信等，其中Ｒ一８Ｓ４５接口布线工作量大、维护费用高，电力线载波存
在电力网污染严重的问题，红外通信距离较短、抗干扰性能差］，而短距离无线通信无需布线、组网简
单，是一种较为合理的通信方式。下面，笔者以Ｓｍｔｃ司的Ｓ２３为无线收发单元，以Ｔ公司的ｅｅｈ公Ｘ１３ＩＭＳ４０Ｉ９的１Ｐ３Ｆ４６位低功耗微控制器为中央处理单元设计了一种电子式电能表的短距离无线通信接口。
ｄｉ０３６／．ｓｎ１７ —４９（ｏ：１．９９ｊｉ．６３１０Ｎ）．０２０．４ｓ２１．４０１
电子式电能表无线通信接口设计
郝毫毫，熊俊俏（武汉工程大学电气信息学院，湖北武汉４０７）３０３
张鲲（武汉大学电气工程学院，北武汉４０２湖３０）７

电力系统中智能电能表的使用方法与数据采集技巧

电力系统中智能电能表的使用方法与数据采集技巧智能电能表是一种新型的电力计量设备，具备集数据采集、通信、储存、显示等功能于一体的特点，被广泛应用于电力系统中。

本文将介绍智能电能表的使用方法与数据采集技巧，以帮助读者更好地了解和应用这一新兴的智能设备。

一、智能电能表的使用方法1. 安装与连接智能电能表的安装与连接过程与传统的电能表类似，首先需要确保安全电路断开，然后根据接线图和安装说明将电能表与电路正确连接。

安装完成后，恢复安全电路，确保电能表正常运行。

2. 参数设置智能电能表具备多种参数设置功能，可以根据具体需求进行灵活配置。

常见的参数设置包括时间、电价、数据采集间隔等。

通过按照说明书进行设置，可以根据实际情况进行灵活调整。

3. 数据读取智能电能表具备显示屏和通信接口，可以方便地读取电力数据。

通过按下显示屏上的相应按键，可以查看电流、电压、功率等实时数据。

同时，智能电能表还支持通过通信接口连接电力管理系统，实现数据远程读取和管理。

二、智能电能表的数据采集技巧1. 技术准备进行智能电能表数据采集之前，需要进行一些技术准备工作。

首先，需要确保采集设备与智能电能表之间的通信接口匹配，可以通过USB接口、以太网接口或其他通信方式进行连接。

其次，需要下载并安装相应的数据采集软件，以便进行数据读取和处理。

2. 数据读取采集智能电能表的数据时，可以通过数据采集软件进行读取。

在软件中，设置与智能电能表通信的相关参数，例如通信接口类型、通信端口号等。

然后，通过软件进行数据读取，可以获取到智能电能表传输的实时数据。

3. 数据处理与分析采集到的智能电能表数据可以进行进一步的处理和分析。

首先，可以将数据导入电力管理系统，进行数据存储和管理。

其次，可以利用数据处理软件进行数据分析，例如绘制曲线图、计算能耗等。

通过对数据的分析，可以更好地了解电力系统的运行情况，为电力管理提供参考依据。

4. 数据安全与隐私保护在进行智能电能表数据采集时，需要注意保护数据的安全性和隐私性。

基于单片机的数字电能表设计

基于单片机的数字电能表设计数字电能表是测量电能并传递数据的电气装置。

它们通常采用单片机芯片来实现计算，并将其存储在内存中。

本文将介绍单片机数字电能表的设计方案。

1. 系统结构设计数字电能表的系统结构包括传感器、信号处理电路、单片机芯片、数字显示部分和通讯接口。

传感器用于测量电压、电流等信号并将其转换为电信号。

信号处理电路将采集到的模拟信号转换为数字信号并进行滤波和放大处理。

单片机芯片负责处理信号并实现计算，测量功率、电能、电量等。

数字显示部分将计算结果以数字形式展示出来。

通讯接口用于与计算机、集中抄表系统等外部设备进行数据通讯。

2. 系统功能设计数字电能表的主要功能包括：测量电量、功率、电流、电压等参数；统计电量、功率等负荷分布；完成智能电网的控制和管理；提供数据采集和远程通讯功能等。

3. 硬件设计3.1 传感器设计传感器主要包括电压、电流互感器以及电能表表芯等，其中电压互感器和电流互感器将采集到的电信号转换为电压信号和电流信号，电能表表芯则用于计量电能。

应选择准确可靠的传感器，以保证数字电能表的精度和稳定性。

3.2 信号处理电路设计信号处理电路主要完成信号转换、滤波和放大作用。

转换模拟信号为数字信号是数字电能表工作的前置条件。

采用滤波技术可有效降噪，提高系统稳定性。

应选择具有较高增益、较低噪声、抗干扰能力强的运放等器件。

3.3 单片机设计单片机芯片是数字电能表的核心部分。

MCU通常采用单片机，具有高精度、运算速度快、易于编程、易于扩展等优势。

应根据用户需求选择不同类型的MCU，如8位单片机、16位单片机等。

3.4 数字显示部分设计数字显示部分是数字电能表中的另一个重要组成部分。

可通过数码管、液晶显示屏、LED显示等形式直观地显示电能、功率、电压等参数。

应选择可靠、耐用、能够满足用户需求的显示器件。

3.5 通讯接口设计通信接口可采用RS485通讯、光纤通讯、以太网通讯等形式。

RS485通讯是数字电能表中应用最广泛的通信方式，稳定性好、通讯距离远。

电能表中通讯接口电路的设计以及实现

电能表中通讯接口电路的设计以及实现随着电力和电子产业的蓬勃发展,及用户和电力公司对电能表的要求愈来愈高,电能表作为用户和电力公司交易平台,其作用至关重要。

电能表作为衡量电能的计量仪器,其技术性要求很高,既要求精确、更要求稳定,并保证长期可靠运行,并且随着我国电力市场的逐步建立和完善,电力系统越来越复杂,作为电力系统重要组成部分的电能表受到了越来越多的关注。

为了满足各方面的需求,电能表设计也朝着复费率、精确计量、智能化和网络化的方向发展,在工业用户的电力系统中,电能表从性能上还要满足恶劣的工作环境,电压高、电流大、负荷重等条件。

但我国早先普遍使用的感应式电表存在精度差、功耗大、受谐波影响大等问题,在用电计费上给国家带来了很大的损失。

随着电子技术发展和现代电力应用,电能表专用计量芯片如ATT7022B、ATT7022C也随即而出,从某种程度上提高了电能计量精度,简化了电度表设计结构,功能上也得到了更多的扩展[1]。

但是为了提高电力管理部门工作效率,实现远程控制、自动抄表等,那么高精度智能电能表才是今后市场的迫切所需。

本系统采用专用计量芯片来检测电信号,配以微控制器(MCU)编程实现多种功能。

检测部分由精密电流互感器、电压互感器和外围处理电路组成,从而得到电流、电压、频率、相位等电网的实时参数,经计量芯片ATT7022B处理,并使用FPGA实现其通信,将计量得到各种电网参数进行处理和相应的存储,最后通过液晶显示屏显示或通过通信模块(RS-485或红外)进行远程通信和红外抄表。

1.SPI通信接口本论文设计的SPI接口电路连接可以参考图1,ATT7022B的SPI 通信格式是相同的,8位地址,24位数据,MSB在前,LSB在后。

CS为片选,允许访问串口的控制线,CS由高电平变为低电平是表示SPI操作开始,CS由低电平变为高电平时表示SPI操作结束,所以每次操作SPI 时CS必须出现下降沿,CS出现上升沿时表示SPI操作结束;DIN为串行数据输入,用于把用户的数据(如数据/命令/地址等)传输到ATT7022B;DOUT为串行数据输出,用于从ATT7022B寄存器读出数据;SCLK为串行时钟,控制数据移出或移入时串行口的传输率,上升沿放数据,下降沿取数据。

电能表RS485通信压力测试方法与应用研究

电能表RS485通信压力测试方法与应用研究本文针对电能表现场运行过程中RS485通信问题，存在通信不稳定、成功率低、通信死机等问题。

分析其主要原因有现场环境变化导致的信号质量变差、时钟频率变化、数据延时发生变化，或由于网络节点数量和现场布线的不同引起，或由于电能表的通信部分对信号的软件滤波能力、带载能力、误码处理能力、波特率冗余度、协议延时准确度不够导致。

本文主要研究了电能表RS485通信压力测试方法，包括RS485带载能力测试、RS485共模通信能力测试、RS485波特率精确度等测试。

从而检测出电能表的RS485通信能力，降低电能表现场运行故障率。

0.引言在智能电能表的全面推广和应用中，RS485作为主要的通信方式，发挥着非常重要的作用，但现场通信时，由于温度不同、网络节点数量不同、现场布线不同、外部环境干扰量不同、采集装置RS485通信接口波特率偏移等各方面因素的影响导致RS485通信失败，为了确保用电信息采集系统本地抄表的可靠应用，建立一套完整的智能电能表RS485通信压力测试方法是十分必要的。

其可嵌入到现有的电能表校验台，自动完成大批量的电能表压力通信测试，大大提高检测效率。

同时，在电能表检验环节可检出大量的通信成功但性能指标不满足需求的电能表，有效地降低电能表现场运行故障率。

通过该系统测试方法可以模拟现场环境中的真实模型，检测出表计的RS485通信能力。

本文从多个方面论述了影响RS485通信可靠性的因素及实际中模拟的检测措施、方法与原理。

1.电能表RS485通信功能压力测试原理电能表RS485通信功能压力测试包含：RS485带载能力测试、RS485共模通信能力测试、RS485通信波特率精确度测试。

测试原理：上位机测试软件下发命令给RS485通信压力测试模块，使其与电能表进行通信。

RS485通信压力测试模块接收到上位机的指令后通过负载调整电路切换负载，测试出与电能表的极限通信带载能力。

共模电压输出电路通过调整电能表COM端的电位来改变电能表输入端A、B线相对COM端的接受共模电压，RS485通信压力测试模块与电能表通信可检测出其极限共模电压通信范围。

单相电能表通信接口改进设计

低压电器（００ｏ３２１Ｎ１）
・现场总线・
单相电能表通信接口改进设计
张新闻刘银虎李春芳。，，
（．北方民族大学电气信息工程学院，宁夏银川７０２；１５０１
２．宁夏隆基宁光仪表有限公司，宁夏银川７０２；５０１
关键词：相电能表；Ｐ单ＣＵ射频卡；电力载波；表抄中图分类号：Ｍ９３４文献标志码：Ｔ３．Ｂ文章编号：０１５３（００１－２－１０ —５１２１）３０６００４
男，程师，士，工硕研究方向为电力系统信息检测与智能信息处理。
ｌｎｉｅ．Ｋｅｗｏｒｓ：ｉｎａ－ｙｄｓｇｌｐｈａｅｓｗａｔｈｏｅｅｔ－ｕｒｍｔｒ；ＣＰＵａｄｏｆｅｅｙａｒｒｉ－ｒｑｕｎｃｃｄ；ｐｏｅｌｃｒｅｗｒｉｎｅａｒｉｒ；ｒａｄｉｅｎｇ
（．ｃｏｌｆｎｏｍａｉｎＥｇｎｅｉｇ１Ｓｈｏｆｒｔｎｉｅｒ，ＮｏｔｎｖｒｉｆＮａｉｎｌｉｓＵｎｖｒｉｏＩｏｎｒｈＵｉｅｓｔｏｔａｉｅｉｅｓｙ，Ｙｉｃｕｎ７０２，ｙｏｔｔｎｈａ５０１
Ｃｉａ２ＮｎｘａＬｎｊＮｎｇａｇＩｓｕｅｔｏ，ｔ．Ｙｎｈａ５０１Ｃｉ；ｈｎ；．ｉｇｉｏｇｉｉｇｕｎｎｔｍｎＣ．Ｌｄ，ｉｃｕｎ７０２，ｈｎｒａ

智能电能表RS485接口设计方案综述

智能电能表RS485接口设计方案综述张志，李琮琮，王平欣，代燕杰（国网山东省电力公司电力科学研究院，济南250001）摘要：随着国家电网公司用电信息采集系统“全采集”建设目标的推进，对采集成功率的要求越来越高。

影响用电信息采集系统采集成功率的因素很多，但近年来由于电能表RS485通信接口设计不合理造成采集失败的现象呈上升趋势，因此保证RS485接口设计方案的合理性及可靠性至关重要。

文章对目前智能电能表RS485通信接口设计方案进行了分析和总结，给出了各种方案的设计原理，结合现场实际使用情况，对方案的优缺点进行了综合评述，从RS485芯片本身、数据接收灵敏度、带载能力、通信可靠性等多方面对485接口设计提出了建议及解决方案。

关键词：智能电能表；RS485接口；采集成功率中图分类号：TM93 文献标识码：B 文章编号：1001-1390（2015）00-0000-00 Overview of design for the RS485 interface of smart meterZhang Zhi, Li Congcong, Wang Pingxin, Dai Yanjie(State Grid Shandong Electric Power Research Institute, Jinan 250001, China)Abstract：The demand of acquisition success rate is higher and higher with the progress of the goal of the construction of all acquisition in SGCC. There are many factors which can affect the acquisition success rate, but in recent years, the acquisition failure phenomenon is on the rise because of the unreasonable design of RS485 interface which design are analyzed and summarized. So it’s vital to ensure the reasonbility and reliability of the design scheme for RS485 interface. The design principle of various schemes are given, and the advantages and disadvantages of the scheme are conducted with the combination of actual usage on field. Suggestions and solutions are put forward from RS485 chip itself , data receiving sensitivity, on load capacity, and communication reliability for RS485 interface design.Keywords: smart meter, RS485 interface, acquisition success rate0 引言随着国家电网公司用电信息采集系统“全采集”建设目标的推进，对采集成功率的要求越来越高[1-2]。

探讨电能表RS—485通讯接口的问题

探讨电能表RS—485通讯接口的问题1 多功能电表中RS-485通讯接口的应用RS-485是电能表中的一个接口规范，用于对平衡线上的多个点以及半双工通信链路进行定义和确定。

由RS-485接口所组成的通信平台，具有传输速率高、通信性能好、可靠性强以及有效性高的特点，能够实现大范围、长距离的通信传输。

RS-485接口通过将差分接收器和平衡驱动器进行组合，具体步骤体现在发送端RS-485接口将TTL电平信号通过平衡驱动器转换成差分信号进行传输。

而在接收端，则需要差分接收机将差分信号再转换成TTL电平信号。

此方法可以大大提高通信系统的抗噪声性能，此外，接收器具有高的灵敏度能检测低达200mV的电压，因此信号数据可以传输到几千米之外的地方，具有较远的传输距离。

另外，RS-485接口可以通过一个驱动器来驱动多个接收器，可以实现多点互联的环形通信线路以及实现多机通信。

同时在总线型通信网络中，分布式数据采集以及控制系统需要将多台单片机联合起来，并通过RS-485接口实现通信规约与系统的连接，以实现控制系统对系统中电压、电流以及功率有效值的监控。

总而言之，RS-485接口在通信接口中应用非常的广泛。

2 智能电能表RS-485通讯口常见故障及解决方案2.1 硬件类故障2.1.1 万用表分别接在电能表的输入端和输出端的接口端子上，同时在电能表上施加电压，测量万用表上显示的电能表端口之间的电压。

通常情况下，RS-485接口两端之间正常工作电压范围为-2～-6V或+2～+6V，若万用表检测出的电能表电压超出了正常电压的范围，通讯质量便会受到影响，严重时会对RS-485接口造成损害。

另外，由于不同的生产厂家生产的电能表规格型号不同，导致不同电能表的正常工作电压不尽相同。

因此，工作人员在测得电能表两端电压之后，需要查阅相应的电能表产品的使用说明书对电能表的故障进行确定，如果接收端和发送端之间的电压超出了正常的工作范围内，则可以初步断定通信接口硬件断线。

电能计量芯片ATT7022B的通信研究与实现

ｖｌｅａｕ．
Ｋｅｗｏｄ：ＳｎｅｆｃｌｏｉａｉｅｕｎｅｌｃｒｎｒｙｃｌｃｉｎｙｒｓＰＩｉｔｒａｅｌｇｃｌｔｍｅｓｑｅｃ；ｅｅｔｉｅｅｇｏｌｔｏｃｅ
毒
０引
言
１ＳＩ口技术简介Ｐ接
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＴｈａｅａｅｎｒｙｍｅｅｉｇＩＡＴＴ７２ＢａｎｅａｌｏａａｙｅｃａａｔｒｓｉｓａｄｔｅｒｆＳＩｂｓｅｐｐｒｔｋｓｅｅｇｔｒｎＣ０２ｓａｘｍｐｅｔｎｌｚｈｒｃｅｉｔｎｈｏｙｏＰｕｃｉｔｒａｅｉｅａｌ．ｔｐｏｉｅｏｔｓｏｔｒｏｒｓｌｅｔｅｔｍｅｓｑｅｃｓｔｈｎｒｂｅａｄｉｌｍｅｔｎｅｆｃｎｄｔｉＩｒｖｄｓｈｗｏｕｅｓｆｗａｅｔｅｏｖｈｉｅｕｎｅｍｉｍａｃｉｇｐｏｌｍｎｍｐｅｎｓｔｅｃｍｍｕｉａｉｎｂｔｅｒ０２ａｄｔｅｃｉｆｈｏｎｃｔｅｗｅｎＡｒＴ７２ＢｎｈｈｐｏｏＥＰ７２Ｔｈ３．ｅＡＴＴ７２Ｂｎ７２ｃｎｂｏｎｃｅｉｅｔ１０２ａｄＥＰ３ａｅｃｎｅｔｄｄｒｃｌ１ｙｔｒｕｈＳＩｂｓａｄｃｎｅｉｎｌｅｌｅｉｈｓｅｄｓｒａａａｔａｓｓｉｎＴｈｎｅｆｃｉｃｉａｄｓｆｗａｅｄｓｇｈｏｇＰｕ，ｎｏｖｎｅｔｒａｉｓｈｇｐｅｅｉｌｄｔｒｎｍｉｓ．ｅｉｔｒａｅｃｒｕｔｎｏｔｒｅｉｎｙｚｏｏＰＩｒｌｆｅｅｎｔｉａｅ．ｅｔｓｅｕｔｄｃｔｈｔｔｅｄｓｇｅｓｔｅｄｍａｄｏＰＩｒｔｃｌｏｅｉｌｆＳｅａｓｏｒｄｉｈｓｐｐｒＴｈｅｔｒｓｌｓｉｉａｅｔａｈｅｉｎｍｅｔｈｅｎｆａｏｎＳｏｏｏｒｓｒａｐｆｄｔｒｎｆｒｈｓｔｅｃａａｔｒｓｉｓｏｉｌａｄｒｒｈｔｃｕｅａｄｉｒｌｂｅｉｅｆｒｎｅＩａｉｈｐａｔａａａｔａｓｅ，ａｈｈｒｃｅｉｔｃｆｓｍｐｅｈｒｗａｅａｃｉｔｒ，ｎｓｅｉｌｐｒｏｍａｃ．ｔｈｓｈｇｒｃｉｌｅａｎｃ

基于PA功率放大器的LoRa通信智能电能表的设计实现

Sheji yu Fenxi!设计与分析基于PA功率放大器的LoRa通信智能电能表的设计实现沈学良杨兴吴建锋（杭州西力智能科技股份有限公司，浙江杭州310000）摘要：目前广泛使用的LoRa通信功能智能电能表因釆用SEMTECH公司的SX127X系列芯片，发射功率上限被局限在20dB,导致通信距离和穿透力方面性能欠佳。

基于以上背景，设计了一种基于PA功率放大器的LoRa通信智能电能表，重点介绍了LoRa通信模块设计方案，对PA功率放大器电路以及LoRa通信模块电路设计实现进行了详介绍，然后对电能表的设计方进行了阐述，对计整体功能和通信性能进行了，电能无障碍通信距离可达8km，在居民小区内通信距离可达500m,能力,了智能抄表的通信“关键词:功率放大器;LoRa通信;远距离;智能电能表0引言目前智能电网建设前推进，2019年3月，国家电网公司提出了泛在电力建设的的通信方式，比如RS485、电力技术因大大、通信率，对电力用一公因，能智能电建设，设计一种距离无需布线）的无线通信电能在行。

在无线通信技，LoRa技，也发前景的低功广通信技一U LoRa是一种在的无通信技，，有可能力以及通信距离点，所以被广泛用在电无表但目前LoRa通信功能智能电能表设计釆用的SEMTECH公司的SX127X系列芯片，发射功率上限被局限在20dB,导致通信距离和穿透力方面性能欠佳，通信距离为6000m[2]，一般在2000m以下。

基于以上背景，文了一种基于PA功率放大器的LoRa通信智能电能表的设计，电能表无障碍通信距离可达8km，了智能表的，可以广泛应用于智能电网，有良的发展前景[3]o1LoRa通信模块设计1.1通信模块选取根中无电委员会分配,CN470〜510是应用于居民抄表，系方设计选取的发射频点为470MHz。

根设计的中心频点470MHz，选择釆用利尔达科技集团股份有限公司的LSD4RF-2F717N30无模块，点401-510MHz，最大发射功率20dB,可以通过配置自有选择合适的点。

单相电子式电能表短距离无线通信接口设计

第38卷第24期电力系统保护与控制Vol.38 No.24 2010年12月16日Power System Protection and Control Dec. 16, 2010 单相电子式电能表短距离无线通信接口设计黄建业1，李双洋2，郭谋发1，杨耿杰1，高伟1（1.福州大学电气工程与自动化学院，福建福州 350002；2.福建省南安市电力有限公司，福建南安 362300）摘要：针对目前电能表大多不提供无线通信接口的问题，基于2.4 GHz无线通信技术设计了单相电子式电能表嵌入式无线通信接口。

接口由nRF2401芯片和PIC16F690及外围电路组成；采用DL/T 645规约，开放性好，以中断方式接收电能表数据，提高CPU的利用率。

该接口具有体积小、成本低、通信速率快及稳定可靠等特点，通信距离满足自动抄表的要求。

设计上综合考虑了工程中可能存在的问题，包括通信过程中数据丢失、通信冲突、电能量数据长度超过nRF2401配置的收发长度等，使所设计的接口具有工程应用价值。

关键词：自动抄表；单相电能表；短距离无线通信；nRF2401芯片；DL/T 645规约Design of short-distance wireless communication interface for single-phase electronic watt-hour meter HUANG Jian-ye1，LI Shuang-yang2，GUO Mou-fa1，YANG Geng-jie1，GAO Wei1（1.College of Electric Engineering and Automation, Fuzhou University，Fuzhou 350002，China；2. Fujian Nanan Electric Power Co.,Ltd，Nanan 362300，China）Abstract：Aiming at the problems of most meters without wireless communication interfaces a，n embedded wireless communication interface based on 2.4GHz Wireless Communication Technology is designed for single-phase electronic watt-hour meter in this paper．The interface consists of nRF2401 chip and PIC16F690 and the peripheral circuits．It adopts DL/T 645 protocol which has good openness and receives meters’ data by interrupt mode, which raises the utilization rate of CPU The interface also has some．features of small volume low cost high communication speed high，，，stability and reliability and the communication dis，tance can meet the need of automatic meter reading Some possible engineering problems are taken into account in design including．，data loss in communication the problems of communication conflict，，electricity data length over the data width configured in nRF2401 and so on It makes the interface designed valuable in practical application．．Key words：automatic meter reading；single-phase electric energy meter；short-distance wireless communication；nRF2401 chip；DL/T 645 protocol中图分类号： TM76 文献标识码：A 文章编号： 1674-3415(2010)24-0172-060 引言随着我国“一户一表”政策的实施及城网、农网改造的完成，居民电能表的数量急剧增加，加之分时电价政策的推广，抄表的数据量将成倍或数倍增加[1]。

SP485E在电能表通讯中的应用

SP485E在电能表通讯中的应用摘要：本文介绍SP485E系列半双工RS485收发器的电路结构、原理，同时介绍RS485设计规范及设计时要注意的问题及解决方案，结合上述两部分设计用SP485E器件进行RS485和RS232两种通讯协议的转换电路，同时结合多功能电能表通讯规约(DL/T645—1997)说明通讯格式，用P89LPC931单片机进行RS485从机通讯的程序设计。

一、SP485E系列半双工RS－485收发器的原理及结构SP485E是一种半双工差分收发器，它们完全满足RS485串行协议的要求，具有增强型ESD 性能，数据传输速率可高达10Mbps ，其管脚配置图和逻辑功能真值表如图1所示。

图1 SP485E管脚配置图表1 发送功能真值表输入输出DE DI 线状态 B AX 1 1无错误0 1X 1 0无错误 1 0X 0 X X Z ZX 1 X 出错Z Z 注：X是不定状态，Z是高阻状态表2 接收功能真值表输入输出DE A－B R0 0＋0.2V 10 0－0.2V 00 0输入开路 11 0 X Z注：X是不定状态，Z是高阻状态SP485E系列器件和SP485、SP481系列器件是兼容的，其最大的特点是在ESD保护上经过处理，得到了增强，使得在静电放电、瞬态变化较敏感的环境中，保证通讯的正常，整个系统工作稳定，抗干扰能力得到提高。

二、SP485E电路设计2.1 RS485设计规范及注意的问题图2 RS485网络图RS485工作在半双工通讯状态，即同一时刻，总线上只能有一个节点成为主节点而处于发送状态，其它所有节点必须处于接收状态，如果同一时刻有两个以上的节点处于发送状态，将导致所有发送方的数据发送失败，即所谓总线冲突。

因此RS485总线一般为主从模式下工作，整个通讯总线系统由一个主节点、若干个从节点组成的，由主节点不断地轮流查询从节点是否有通信需求，如果有则将总线控制权交给某一从节点，从节点发送完毕后立刻交还总线控制权。

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电能表中通讯接口电路的设计以及实现
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随着电力和电子产业的蓬勃发展,及用户和电力公司对电能表的要求愈来愈高,电能表作为用户和电力公司交易平台,其作用至关重要。

但我国早先普遍使用的感应式电表存在精度差、功耗大、受谐波影响大等问题,在用电计费上给国家带来了很大的损失。

随着电子技术发展和现代电力应用,电能表专用计量芯片如ATT7022B、A TT7022C也随即而出,从某种程度上提高了电能计量精度,简化了电度表设计结构,功能上也得到了更多的扩展。

但是为了提高电力管理部门工作效率,实现远程控制、自动抄表等,那么高精度智能电能表才是今后市场的迫切所需。

本系统采用专用计量芯片来检测电信号,配以微控制器(MCU)编程实现多种功能。

1.SPI通信接口
本论文设计的SPI接口电路连接可以参考图1,ATT7022B的SPI通信格式是相同的,8位地址,24位数据,MSB在前,LSB在后。

SCLK下降沿时将DIN上的数据采样到ATT7022B中,SCLK上升沿时将ATT7022B的数据放置于DOUT上输出。

SPI读操作时序图如图2。

ATT7022B的计量参数以及校表参数寄存器是通过SPI
提供给外部FPGA来进行处理。

其命令格式为
7 6 5 4 3 2 1 0
Bit7:0表示读命令,用于读取A TT70
22B的计量及校表寄存器。

Bit7:1表示写命令,用于更新校表数据。

Bit6…0:表示数据地址,可参考数据输出寄存器。

SPI读工作过程中,通过SPI写入一个8Bits的命令字之后,需要一个等待时间,然后才能通过SPI读取24Bits的数据。

在SCLK低于200kHz时,可以不需要等待;当SCLK频率高于200kHz时,则需要等待大约3us。

SPI写操作时序图如图3。

外部处理器可通过SPI对ATT7022B的校表寄存器进行写操作。

其命令格式为
7 6 5 4 3 2 1 0
Bit7/6:1 0表示写命令,用于更新校表数据寄存器。

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; Bit7/6:1 1表示写入特殊命令字。

Bit7: 0表示读命令,用于外部处理器读取ATT7022B的计量数据。

Bit5…0:表示数据地址,可参考校表寄存器。

SPI写工作过程中,通过SPI写入一个8Bits的命令字之后,不需要一个等待时间,
继续通过SPI写入24Bits的数据即可。

2.实验及其结果
校表是对各相电流增益、电压增益、功率增益、相位进行补偿,功率增益不要分段。

相位校正可根据精度要求,考虑分段或不分段进行。

分段是按电流的大小来分,对相位校正,最多可分五段进行。

A TT7022B做软件校表时,一般来说电压、电流校正,启动电流设置,断相阈值电压设置,均没有顺序上的要求,但在进行功率增益校正时,应先设置合相能量累加模式(这个步骤也可省去,直接使用缺省值)、电压通道ADC增益和高频输出参数,这是功率校正的条件,而后先作功率增益校正,再进行相位校正,相位校正是在完成功率增益校正后进行的。

所有校正都是在相应的校表寄存器参数为零的条件下进行的。

电能表主要功能是计量有功无功电量,对其精度的测试是判断产品是否满足设计要求首要条件,常用的测试方法是用精度更高的表(称作标准表)做参考,观察其与标准表的误差有多大,并把误差大小作为判断其合格与否的重要参数,图 4 为误差测试图,该实验主要是对有
功、无功、电压、电流、频率等参数进行测试。

这些数据都通过SPI通讯接口传输出来。

所以只要能正确获得相关参数数据,那么就能验证SPI设计的正确性。

精密电源台提供电压、电流分别给电能表与精度为万分之五(0.05级)的标准表,通过标准表可测试有功、无功功率的误差。

通过电能表LCD显示器可读取电压、电流、频率值,并与电源显示的标准值进行比较,计算出误差。

对电压、电流、频率的测试过程是:读取电源台显示的电压、电流、频率值,同时通过LCD读取电能表显示的电压、电流、频率值,将测试的数据计算出相对误差与绝对误差。

因以前没有电能表显示电压电流值的国家标准,根据1级表的概念,电压、频率的相对误差应小于1%,由于电流属于电能中变化范围非常宽的参数,对其小信号的判断不能按上述办法,根据经验,电流的绝对误差应小于0.1安培。

表1记录了电压的测试结果,按照上述判断依据,电能表显示的电压值满足标准要求。

而且也表明本文所设计的SPI工作稳定可靠。

3.结论
本文提出在电能表设计中使用FPGA实现电能表内部数据显示在外部显示其的方法,通过整机调试实验证明,该方法可行并且实用。

本论文为进一步使用FPGA替代MCU来实现电能表的功能控制及通讯控制做了开拓性的研究,为进一步实现更高速的电能表的控制系统研究另辟了一条研究方向。