基于瑞萨单片机的单相费控智能电能表设计
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
关键 词 ： 单相 ； 智 能 电能表 ； Ｒ Ｎ ８ ２ ０ ９ Ｃ； 通信
中图分类 号 ： Ｔ Ｈ ７ １ ５ 文献标识码 ： Ｂ 文章编 号 ： １ ６ ７ １ —１ ４ ４ ０ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２ —０ ｏ ８ ５ —０ ４
随着经 济发展 、 科技进 步与智能 电网的建设 ， 社会对 电力能 源的需 求急剧增加 ， 为 了从全 局把握 ，
芯 片 内置 高精 度 独立Ｒ Ｔ Ｃ 实现 产品 宽工作温度 范 围内时钟 ；计量芯 片采 用锐 能微 生产的 高精 度单
相计 量芯 片Ｒ Ｎ ８ ２ ０ ９ Ｃ ｖ Ｘ实现 高精度 计量 ； 本 电能表 主要 用 于普 通用 户的 电能计 量、 用 电量查 看 、 用
电指 示、 费率切换 、 费控功 能等 。
１ 硬 件 电路 设 计
微 处 理 器 采用 Ｒ ｅ ｎ ｅ ｓ ａ ｓ 的Ｒ ７ Ｆ ０ Ｃ ０ ０ ４ Ｍ ２ Ｄ Ｆ Ｂ ， ８ 位 机。 Ｌ Ｆ Ｑ Ｆ Ｐ ８ ０ 封 装 ，带 有 乘 法 器 、 １ ２ ８ Ｋ Ｆ Ｌ Ａ Ｓ Ｈ、 ８ Ｋ
Ｒ ＡＭ、 ４ 个Ｕ Ａ Ｒ Ｔ 、 ８ 通道 １ ６ 位Ｔ Ｉ ＭＥ Ｒ、 １ 个 看 门 狗定 时 器、 １ 个 高精 度Ｒ Ｔ Ｃ 定时器、 １ 个ｌ ２ 位 间 隔定 时器 、 ４ 通
部分 、 负荷 开关控制 部分 、 通信 接
（ ４ ８ ５ 接 口、 红外 接
口等１ 、 显示部 分组成 。 本设计 的功能框 图如 图１ 所示 。
提高用 电效率 ， 必须 要实现电能 的精 准计 量 ， 因此用 户 与 电力公 司需 求 一款 能 够实 现信 息 化智 能化 的 电表 。 智能电表取代传统 机械 电能表 ， 应运而生 。 智能
用８ 一 Ｃ ０ Ｍ液 晶 显 示 屏 。
Ｒ Ｎ ８ ２ ０ ９ Ｃ， 陔芯片提 供３ 路 ∑一 △Ａ Ｄ Ｃ， 完 全满 足 单相
电 、 ２ 路 电 流测 量 的 要 求 ； 芯 片有 功 电 能 误 差 在 ８ ０ ０ ０ ：
Ｅ Ｓ Ａ Ｍ安 全 认证 芯 片采 刚 南瑞 集 团 生产 的 电 能表 々川 片Ｓ ＧＣ ｌ Ｊ ｌ ８ Ｂ， 该芯 片硬 件 集成有 密 薜 汝 Ｍｊ 单元 、 硬 件 随机 敬发 生器 、 电 葶 １ ｊ 频 率 榆
ｌ 动态 范 同 内＜ ０ ． １ ％，满 足 电能表 设 计 精 度要 求 ； 芯 片提供 一路电压 干 ＂ 闪路 电流有 效值 测量 ， 存１ ０ ０ ０ ： ｌ 动 态 范 内有 效值 误差＜ ０ ． １ ％， 满 足电能 表示值误 差要 求： 片 ０ 藩动 阈值 可调 ， 满 足电能 表长时 间潜动要求 ； 芯 片提 供反 向功 率指 示 、 电压通 道顿 率测 量 、 电 通 道过零 检测等 、
测等 多种安 全性 保护机 制 ， 可 行效 保证传 输数据 的
密性 和完整忭 、 １ ． ２ 乜源 部 分 没
电源 星电能表 － Ｆ Ａ Ｉ ￣ 的动 力， ｝ 有稳定 可靠 的电
源， 才能 保 障电能 表不 问断 ｊ Ｊ 三 常１ 作． 所 以电源设
计是 咆能表 没汁的关黠部 件 没 汁电源 部分直接
１ ． １ 总体 方案设计
本 设计 由电能计 量 部分 、 微 处理 器部 分 、 电源
道 的８ 位或１ ０ 位Ａ ／ Ｄ 转换器 ， ２ ￣７ ８ １ ６ 协议 口， 内置Ｌ Ｃ Ｄ 驱动 。 工 作 范围 １ ． ６ Ｖ． ５ ． ５ Ｖ。 微 处理 器 主要 完成 信号 采 集、 通讯 、 控制 、 液 晶显 示驱 动等 功能 。 本 系统显 示 采
独立Ｒ Ｔ Ｃ 实现产品宽工作温度范围内时钟 ； 计量芯片
图 １ 单 相 远 程 费 控 电 能 表 功 能 框 图
采用锐 能微生产 的高精度单 相计量芯 片Ｒ Ｎ ８ ２ ０ ９ Ｃ 以 实现高精度计量 ； 本电能表 主要用于普通用户 的电能
计量、 用 电量查看 、 用电指示 、 费率切换 、 费控功能等。
虑 成本 弛 复 杂性 等 原 Ｉ ， 在 满 足 电能 表 采 样
精 度 的 前 挺下 ． 电压采样 采『 Ｈ电 阻 分 压 的 方 式 存
Ｒ Ｎ ８ ２ Ｏ ９ （ 的Ｖ ３ Ｐ 和Ｖ ３ Ｎ 端［ １ 得 到 一对 差分 方 式 的模 拟
引 自祧 测量 的电 喇 ， 绎 过流 过 睬护 电路 后 ， 由线
电能表 以微控制器为 核心 ， 实 电能计量 、 费控等功 能。 其功 能与性 能相 比机 械表有 了很大 的提高［ ３ 】 ， 而 且具有十分巨大的市场前 景 ， 这个市场规模每年有５ ０ 亿左右 。 本设计 是一款 以电能计量为 目的的电子产 品， 其 ＭＣ Ｕ 采用瑞萨 的Ｒ ７ Ｆ Ｄ Ｃ ０ ０ ４ Ｍ２ Ｄ Ｆ Ｂ， 芯片 内置 高精度
中 国 ・包 头
职 大 学 报
２ Ｏ ｌ ７年 第 ２期
基 于瑞萨单片机 的单相费控智能 电能表设计
杨晓燕 徐广振
（ 潍 坊 职 业 学 院， 山 东省 潍坊 市 ２ ６ １ ０ ３ １ ）
摘 要 ： 本设 计是一 款 以 电能计量 为 目的的 电子产 品 ， 其ＭＣ Ｕ采 用瑞 萨的Ｒ ７ Ｆ ０ Ｃ ０ ｏ ４ Ｍ ２ Ｄ Ｆ Ｂ，
部分 、 回路 检测电路 部分 、 Ｅ Ｓ Ａ Ｍ安全芯片部分 、 存储
收 稿 日期 ： ２ ０ 一 ｌ ２ 一ｌ ５ 作者简介 ： ￣ （ １ ９ ８ ５ －） ， 女， 山东潍坊人 ， 潍坊职业学院教师。 研究方向： 单片机应 用开发 。
徐 广． ￣（ １ ９ ８ ３ －） ， 男， 山 东临 沂人 ， 潍 坊 职 业 学 院讲 师 ， 研究方向： 智能 控 制 工程 。
性． 变， 器 得 到 不 旧 电 的 交 流 电 ， 经 一 系 列 嫠
中图分类 号 ： Ｔ Ｈ ７ １ ５ 文献标识码 ： Ｂ 文章编 号 ： １ ６ ７ １ —１ ４ ４ ０ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２ —０ ｏ ８ ５ —０ ４
随着经 济发展 、 科技进 步与智能 电网的建设 ， 社会对 电力能 源的需 求急剧增加 ， 为 了从全 局把握 ，
芯 片 内置 高精 度 独立Ｒ Ｔ Ｃ 实现 产品 宽工作温度 范 围内时钟 ；计量芯 片采 用锐 能微 生产的 高精 度单
相计 量芯 片Ｒ Ｎ ８ ２ ０ ９ Ｃ ｖ Ｘ实现 高精度 计量 ； 本 电能表 主要 用 于普 通用 户的 电能计 量、 用 电量查 看 、 用
电指 示、 费率切换 、 费控功 能等 。
１ 硬 件 电路 设 计
微 处 理 器 采用 Ｒ ｅ ｎ ｅ ｓ ａ ｓ 的Ｒ ７ Ｆ ０ Ｃ ０ ０ ４ Ｍ ２ Ｄ Ｆ Ｂ ， ８ 位 机。 Ｌ Ｆ Ｑ Ｆ Ｐ ８ ０ 封 装 ，带 有 乘 法 器 、 １ ２ ８ Ｋ Ｆ Ｌ Ａ Ｓ Ｈ、 ８ Ｋ
Ｒ ＡＭ、 ４ 个Ｕ Ａ Ｒ Ｔ 、 ８ 通道 １ ６ 位Ｔ Ｉ ＭＥ Ｒ、 １ 个 看 门 狗定 时 器、 １ 个 高精 度Ｒ Ｔ Ｃ 定时器、 １ 个ｌ ２ 位 间 隔定 时器 、 ４ 通
部分 、 负荷 开关控制 部分 、 通信 接
（ ４ ８ ５ 接 口、 红外 接
口等１ 、 显示部 分组成 。 本设计 的功能框 图如 图１ 所示 。
提高用 电效率 ， 必须 要实现电能 的精 准计 量 ， 因此用 户 与 电力公 司需 求 一款 能 够实 现信 息 化智 能化 的 电表 。 智能电表取代传统 机械 电能表 ， 应运而生 。 智能
用８ 一 Ｃ ０ Ｍ液 晶 显 示 屏 。
Ｒ Ｎ ８ ２ ０ ９ Ｃ， 陔芯片提 供３ 路 ∑一 △Ａ Ｄ Ｃ， 完 全满 足 单相
电 、 ２ 路 电 流测 量 的 要 求 ； 芯 片有 功 电 能 误 差 在 ８ ０ ０ ０ ：
Ｅ Ｓ Ａ Ｍ安 全 认证 芯 片采 刚 南瑞 集 团 生产 的 电 能表 々川 片Ｓ ＧＣ ｌ Ｊ ｌ ８ Ｂ， 该芯 片硬 件 集成有 密 薜 汝 Ｍｊ 单元 、 硬 件 随机 敬发 生器 、 电 葶 １ ｊ 频 率 榆
ｌ 动态 范 同 内＜ ０ ． １ ％，满 足 电能表 设 计 精 度要 求 ； 芯 片提供 一路电压 干 ＂ 闪路 电流有 效值 测量 ， 存１ ０ ０ ０ ： ｌ 动 态 范 内有 效值 误差＜ ０ ． １ ％， 满 足电能 表示值误 差要 求： 片 ０ 藩动 阈值 可调 ， 满 足电能 表长时 间潜动要求 ； 芯 片提 供反 向功 率指 示 、 电压通 道顿 率测 量 、 电 通 道过零 检测等 、
测等 多种安 全性 保护机 制 ， 可 行效 保证传 输数据 的
密性 和完整忭 、 １ ． ２ 乜源 部 分 没
电源 星电能表 － Ｆ Ａ Ｉ ￣ 的动 力， ｝ 有稳定 可靠 的电
源， 才能 保 障电能 表不 问断 ｊ Ｊ 三 常１ 作． 所 以电源设
计是 咆能表 没汁的关黠部 件 没 汁电源 部分直接
１ ． １ 总体 方案设计
本 设计 由电能计 量 部分 、 微 处理 器部 分 、 电源
道 的８ 位或１ ０ 位Ａ ／ Ｄ 转换器 ， ２ ￣７ ８ １ ６ 协议 口， 内置Ｌ Ｃ Ｄ 驱动 。 工 作 范围 １ ． ６ Ｖ． ５ ． ５ Ｖ。 微 处理 器 主要 完成 信号 采 集、 通讯 、 控制 、 液 晶显 示驱 动等 功能 。 本 系统显 示 采
独立Ｒ Ｔ Ｃ 实现产品宽工作温度范围内时钟 ； 计量芯片
图 １ 单 相 远 程 费 控 电 能 表 功 能 框 图
采用锐 能微生产 的高精度单 相计量芯 片Ｒ Ｎ ８ ２ ０ ９ Ｃ 以 实现高精度计量 ； 本电能表 主要用于普通用户 的电能
计量、 用 电量查看 、 用电指示 、 费率切换 、 费控功能等。
虑 成本 弛 复 杂性 等 原 Ｉ ， 在 满 足 电能 表 采 样
精 度 的 前 挺下 ． 电压采样 采『 Ｈ电 阻 分 压 的 方 式 存
Ｒ Ｎ ８ ２ Ｏ ９ （ 的Ｖ ３ Ｐ 和Ｖ ３ Ｎ 端［ １ 得 到 一对 差分 方 式 的模 拟
引 自祧 测量 的电 喇 ， 绎 过流 过 睬护 电路 后 ， 由线
电能表 以微控制器为 核心 ， 实 电能计量 、 费控等功 能。 其功 能与性 能相 比机 械表有 了很大 的提高［ ３ 】 ， 而 且具有十分巨大的市场前 景 ， 这个市场规模每年有５ ０ 亿左右 。 本设计 是一款 以电能计量为 目的的电子产 品， 其 ＭＣ Ｕ 采用瑞萨 的Ｒ ７ Ｆ Ｄ Ｃ ０ ０ ４ Ｍ２ Ｄ Ｆ Ｂ， 芯片 内置 高精度
中 国 ・包 头
职 大 学 报
２ Ｏ ｌ ７年 第 ２期
基 于瑞萨单片机 的单相费控智能 电能表设计
杨晓燕 徐广振
（ 潍 坊 职 业 学 院， 山 东省 潍坊 市 ２ ６ １ ０ ３ １ ）
摘 要 ： 本设 计是一 款 以 电能计量 为 目的的 电子产 品 ， 其ＭＣ Ｕ采 用瑞 萨的Ｒ ７ Ｆ ０ Ｃ ０ ｏ ４ Ｍ ２ Ｄ Ｆ Ｂ，
部分 、 回路 检测电路 部分 、 Ｅ Ｓ Ａ Ｍ安全芯片部分 、 存储
收 稿 日期 ： ２ ０ 一 ｌ ２ 一ｌ ５ 作者简介 ： ￣ （ １ ９ ８ ５ －） ， 女， 山东潍坊人 ， 潍坊职业学院教师。 研究方向： 单片机应 用开发 。
徐 广． ￣（ １ ９ ８ ３ －） ， 男， 山 东临 沂人 ， 潍 坊 职 业 学 院讲 师 ， 研究方向： 智能 控 制 工程 。
性． 变， 器 得 到 不 旧 电 的 交 流 电 ， 经 一 系 列 嫠