基于RN8302的数字化三相多功能电力仪表设计

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基于RN8302三相多功能防窃电电能表的设计

ＲＮ８３０２ａｎｄＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａａｒｅｕｓｅｄｔｏｐｒｏｄｕｃｅｔｈｅｎｅｗｍｅｔｅｒｓｗｈｉｃｈｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｍｅａｓｕｒｅｍｕｌｔｉｐｌｅｅｌｅｃｔｒｉｃｅｎｅｒｇｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｔｏｍｅｅｔｖａｒｉｏｕｓｄｅｍａｎｄｓ，ｂｕｔａｌｓｏｍｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｔｈｅｒｅｇｉｓｔｅｒｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｈｉｇｈｍｅａｓｕｒｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒｉ —ｐｈａｓｅｍｕＩｔｉｆｕｎｃｔｉＯｎａｌｍｅｔｅｒ；ＬＣＤｄｉｓｐｌａｙ；ｐｒｅｖｅｎｔｅｌｅｃｔｒｉｃＩａｒｃｅｎｙ
信号采样、Ａ／Ｄ转换、相位校准、比差与角差补偿后再计算
每相的有功、无功、视在三种电能量，并将三种电能量累加到电能计量芯片ＲＮ８３０２对应的寄存器中。
摘婪：本文针对采用ＡＤＥ７７５８作为电能计量芯片而设计的电表存在着功能简单和精度低等缺点，提出了一种新型数字式三
相多功能防窃电电能袭的设计方案。该方案采用ＲＮ８３０２芯片和ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ芯片，不仅能计量多种电能参数以满足不同的实际需求，而且可对芯片内部寄存器的参数进行微调，使其达到很高的计量精度。关键词：三相多功能电能裹；液晶显示；防窃电中图分类号：ＴＭ９３３．４文献标志码：Ｂ

三相多功能电表的设计与总结报告

三相多功能电表的设计与总结报告山东省大学生“高教社&XILINX杯”电子设计竞赛三相多功能电表的设计与总结报告参赛题目：三相多功能电表所属单位：曲阜师范大学物理工程学院摘要系统是基于ATMEGA16单片机和ATT7028A专门计量芯片为核心器件的三相多功能电表。

采用电压互感器与电流互感器对三相电网取样，ATT7028A根据取样信号能够测量出各相以及合相的有功功率、有功电能、各相电流电压有效值、功率因数、相角、频率等数据，数据送入ATMEGA16单片机。

用户可以通过单片机提供的丰富的用户界面读取相应的数据，并可以通过标准RS-485通讯来实现远程有线测量和标准USART通讯来实现远程无线测量。

本系统很好的完成了题目要求的基本及发挥要求，并进行了进一步的扩展。

关键词：ATMEGA16 ATT7028A 三相多功能电表远程测量A bstractThis system is a three-phase multi-function power meter, which the core device is based on ATEMGA16 and ATT7028A. It samples on Drehstromnetz with the use of the Voltage Transformer and Current Transformer. According to the sample signals accquired, ATT7028A works out the active power and total active power, active electrical power, RMS current and voltage of each phase, Power Factor, Phase angle, and Frequency. When the above data are inputted into ATEMGA16, users can read the corresponding data by means of the rich user interface provided by ATMEGA16; they can realize remote cable measurement through standard RS-485 communication; and then they can achieve remote wireless measurement by standard USART communication. The design achieved and even exceeded all the technical indexes with better accuracy and control.Keywords: ATMEGA16；ATT7028A；three-phase；multi-function power meter ；distance measurement目录摘要 (1)1 设计要求 (1)1.1 基本要求1.2 发挥部分2 方案设计与论证 (1)2.1 整体方案的设计与论2.2 控制部分MCU的选择2.3 取样电路2.4 显示电路2.5 远程通信单元2.6 垵键电路2.7 软件部分方案3 理论分析与计算 (4)3.1 三相有功功率，有功电能、无功功率、功率因数、无功电能的计算3.2 电压和电流有效值的测量3.3 三相有功功率和有功电能的计算3.4 功率因数的测量3.5 相序检测4 测试方法与数据，测试结果及分析 (6)4.1 测试仪器4.2 校表方法4.3 测试数据4.4 测试结果分析5 总结 (8)5.1 基本功能5.2 发挥部分5.3 功能扩展部分5.4 比赛总结6 附录 (9)6.1 参考文献6.2 ATT7028A外部引脚与内部框图6.3 主要元件清单6.4 电路图6.4.1 5v 电源6.4.2 按键功能对应表与键盘简略电路图6.4.3 Atmega16单片机外围电路图6.4.4 ATT7028A外围电路图6.4.5 电流互感器与电压互感器电路图6.5 程序框图及部分程序6.5.1 框图6.5.2 部分程序1设计要求1.1基本要求（1）测量功能及技术参数A．三相额定交流相电压：100V/220V/380V，过载能力：持续1.2倍、瞬时电流10倍/5秒；B．三相额定交流电流：1A，过载能力：持续1.2倍、瞬时电压2倍/1秒；C．三相三线或者四线任意选择；D．实现电压和电流相序检测功能（2）准确度: 测量精度：1级。

三相计量芯片8302介绍

录
Contents
一、了解芯片二、外围电路设计三、校表方法
1
了解RN8302
1. 可用于三相四线制和三相三线制
2. 精度满足0.2S级有功电表精度要求
3. 单+3.3V 电源供电，具有电源监控功能
4. 内置 1.25V ADC 基准电压，也可外接基准电压
5.具有高速 SPI 接口，传输速率可达 3.5Mbps
PPT素材：/sucai/ PPT图表载：/fanwen/ 教案下载：/jiaoan/ PPT课件：/kejian/ 数学课件：/kejian/shu xue/ 美术课件：/kejian/me ishu/ 物理课件：/kejian/wul i/ 生物课件：/kejian/she ngwu/ 历史课件：/kejian/lish i/
电阻或接地。
复位电路
电压采集电路
ADC通道的典型采样值为100-200mV，所以采用8个15K的电阻串联分压，电压为220V时线路上电流是1.83mA,经过采样电阻后电压通道的采样值为183mV，在典型值范围内。同时为了保护芯片，这里采用2mA:2mA的电流型电压互感器，
将220V强电隔开。
电流采集电路
三相计量芯片RN8302
目PPT模板：/moban/ PPT背景：/beijing/ PPT下载：/xiazai/ 资料下载：/ziliao/ 试卷下载：/shiti/ PPT论坛：语文课件：/kejian/yuw en/ 英语课件：/kejian/ying yu/ 科学课件：/kejian/kexu e/ 化学课件：/kejian/huaxue/ 地理课件：/kejian/dili/
二、通道增益和功率相位单点校正
步骤一：三相四 4 线台体加合相 Un、 IB、 0.5L(电压、电流夹角约 60 度) 步骤二： GSUA=U 台体/(U 寄存器*Kv)-1

三相多功能电力仪表

三相多功能电力仪表（版本号：4.00）使用说明书西安天立电气科技有限公司（使用前请详细阅读此说明书）目录1、简述 (1)1.1 的功能 (1)1.2 功能描述 (1)1.3 的特点 (1)2、安装、接线与配置 (2)2.1 尺寸与安装 (2)2.2 接线与配置 (3)3、界面显示说明 (5)3.1 显示模式下按键功能示意图 (5)3.2 编程模式下参数查询及修改按键功能示意图 (5)3.3 显示模式下功能显示灯指示说明 (6)4、操作说明 (6)4.1 循环显示说明 (6)4.2 键盘编程说明 (6)4.3 功能设置 (6)5、运输与贮藏 (7)6、保修期限及订货说明 (7)附表：常见故障排除 (8)1、简述1.1功能三相多功能电力仪表是一款用于低压电力系统的智能化装置，它集数据采集和控制功能于一身，具有电力参数测量及电能计量为一体，其精度符合国家电能表标准，同时具有选配4路开关量输入、2路脉冲输出、RS485通讯接口，通讯协议为MODBUS 通讯协议或其它指定通讯协议。

1.2 功能描述1.2.2 通讯功能（扩展功能）自带RS485通讯接口，通讯协议为MODBUS通讯协议或其它指定通讯协议。

可通过通讯口，可查询全部的测量监控信息。

面板带有带有LED指示灯，用于通讯收/发指示。

1.2.3 1~4路开关量输入功能（扩展功能）可选配1~4路开关量输入，为无源节点输入。

可在测量显示区查看开关量的状态。

1.2.4 模拟量输出功能（扩展功能）可选配1~2路DC4~20mA，通过编程设置可将模拟量（DC 4-20mA）输出设置为与某一被测参数(定货时需指定)成比例的输出。

模拟量输出的最大负载为300Ω，可选择项为IA、IB、IC、UA、UB、UC。

1.2.5 脉冲输出功能（扩展功能）可选配2路脉冲输出（有功脉冲输出/无功脉冲输出）。

1.3 的特点-1-1.3.1 安全性高，可靠性好在设计过程中采用了多种抗干扰措施，能够在电力系统中稳定运行。

基于RN8302的三相高压电能表研究

基于RN8302的三相高压电能表研究摘要：针对常规电能表计量装置在系统中存在的可靠性、防窃电及准确度等级等问题，本文采用一体化结构，研制了一种基于RN8302的新型三相高压电能表。

设计了电阻分压电路采集电压信号及低功耗电流传感器采集电流信号，并利用高精度分压电阻从配电线路直接取电，实现了将整个测量系统无电位差地悬挂在高压侧，具有很好的防窃电功能，而采用的专业三相电力计量芯片RN8302作为计量单元的核心，相对于单相计量，易于操作、节省资金、准确度较高；STM32作为主控 CPU，减少了计量环节的误差。

同时，运用 AD10软件进行 PCB的设计与封装，并对该装置进行实验验证。

实验结果表明，该装置精确度达到了0.2Ｓ级，满足了目前智能电网对电能表精确度的要求。

该研究对电能计量的发展具有重要意义。

关键词：RN8302；高压取电；电能表；准确度电网正常运营的关键基础是电能计量的准确性。

目前，不仅作为售电方的供电公司关注电能计量技术的发展，而且用电的个体户及工厂企业也对其发展十分重视，用电各方均以它的准确性、可靠性以及公平公正性为前提保障。

此外，近年来盗电分子作案猖狂，急需一种能够直接将电能在一次性进行高压测量的设备。

目前，国内常规的计量设备由互感器、电能表和二次连线等部分组成，其计量误差与电流互感器、电压互感器的准确度、接线方式（电压互感器二次压降）和电能表的准确度有关。

常规的电能表存在一些问题：一是无法标定准确度等级。

高压计量系统的整体误差是通过电压互感器、电流互感器的误差以及电压互感器二次压降和电能表的误差用方均根法综合计算得到，不能反映实际计量系统的实际误差，无法标定整个系统的准确度等级；二是计量系统的可靠性问题。

计量系统由多个环节构成，其工作可靠性受到较大影响，目前出现较多的问题是电压互感器失压引起计量系统瘫痪，造成大量电力损失，并且很难对漏计的电量进行纠错；三是防窃电问题，由于电能计量装置处于低压状态，用户很容易在计量回路上做手脚，造成电量流失。

rn8302 全失压应用

Renergy全失压应用标准要求a) 三相全失压时，电能表应记录累计全失压时间（分辨率为分钟），同时记录最近10次全失压发生时刻、恢复时刻，以及发生时刻和恢复时刻的各相电压、电流、功率、功率因数和正反向有功电量、正反向无功电量、电流, 事件发生期间的安时值等信息。

b) 电压判断阀值为电能表临界电压，电流判断阀值为5%额定（基本）电流，任一相电流回路的负荷电流大于5%额定（基本）电流。

解读:1.<电能表临界电压====》电池供电2.分辨率为分钟====》检测频繁间隔≤1分钟3. 电流判断阀值为5%Ib===》高准确性Renergy 全失压应用RN8302 全失压实现t Mcu 查询标志管脚连接：PM=1 复位后进入SLM 模式寄存器配置：NVM2CFG: =0X0F10Ib 点的采样输入为典型值50mV=0X0F20 Ib 100mVNVM2CMPA/B/C 控制寄存器写为0000Renergy 全失压应用RN8302 全失压步骤60分钟检测一次，执行以下操作：七、1.6秒后读IA_NVM1(11H) IB_NVM1(12H) IC_NVM1(13H)寄存器关计量电源，比较，≥base （比较标准值）有全失压，否则无全失压。

本次执行完毕一、打开控制电源给计量加电（上电后RN8302处于SLM 模式）二、配置相关寄存器NVM1CFG(70H): =00NVM2CFG(72H): =0X0F10 Ib 点50mV=0X0F20 Ib 点100mVNVM2CMP A/B/C (73~75H) =0x0000三、切换到NVM2模式命令81 90 5C CS （cs=92H=NOT(81H+90H+5CH)）四、320ms 后查询结果NVM2IF(76H)五、NVM2IF 的CMP=0 没有标志关计量电源，本次执行完毕；CMP=1 进入步骤六六、切换到NVM1模式命令81 90 E1 CSRenergy 全失压应用NVM1比较标准值计算公式比较标准值计算公式（（校表时完成计算）：(以额定电流Ib=1.5A 5%Ib 为全失压电流条件)举例说明：1.8*5%Ina_reg16*(1+G ain_a )B ase_a =1.8*5%Inb_reg16*(1+G ain_b )B ase_b =1.8*5%Inc_reg16*(1+G ain_c )B ase_c =*注：Ina_reg Ina_reg Ina_reg 为校正后额定电流下a b c 寄存器读出值Gain_a Gain_b Gain_c 为a b c 电流通道增益寄存器值归一化值。

数码三相多功能电力仪表说明书

多功能电力仪表用户手册一、产品简介该系列产品是一种具有可编程测量、显示、数字通讯和电能脉冲输出等多功能智能仪表，能够完成电量测量、电能计量、数据显示、采集及传输，可广泛应用变电站自动化、配电自动化、智能建筑、企业内部的电能测量、管理、考核。

实现LED现场显示和远程RS-485数字接口通讯，采用MODBUS-RTU通讯协议。

二、技术参数三、安装与接线3．1 仪表尺寸3．2 安装方法(1) 在固定配电柜开开孔尺寸大小的孔；(2) 取出仪表，松开螺丝，取下固定支架；(3) 仪表由前插入安装孔；(4) 插入仪表固定支架，并拧紧螺丝固定仪表。

3．3端子接线图三相四线接线图三相三线接线图(注1：尺寸不同接线方式都相同)（注2：电流线星号为进线，进出线接反，电能计量到反相电能。

）四、编程操作4．1 进入和退出编程状态进入编程状态:在测量显示状态时按住“SET”键1秒钟，进入密码认证页面，使用“◄”键,“▲”键和“▼”键输入密码(默认用户密码为1111)，再按“SET”键就进入编程状态页面。

注意：如果输入密码按“SET”键后，退出到测量显示状态，则表示输入密码不正确。

退出编程状态：在编程状态，一直按住“SET”键2秒钟，退出编程状态，会提示用户选择是否保存设置值，“yes”保存设置值，“no”不保存设置值。

按“SET”键保存，按其它键不保存。

4．2 编程操作中按键的使用功能键SET：确认设置值，进入下一项设置或退出设置。

位选键◄：循环选定要设置的数码管，选定的数码管呈闪烁状态。

增加键▲：改变闪烁位数码管的数值(数码管数值从0到9循环)。

减小键▼：改变闪烁位数码管的数值(数码管数值从9到0循环)。

5．3设置参数说明序号序号内容说明显示范围进入菜单密码CodE 0~9999说明：输入进入菜单的密码，只有密码正确才能进入菜单，出厂预设值为11111 接线方式NEt 3P3L、3P4L说明：3P3L三相三线接法、3P4L三相四线接法2电压倍率Pt 1~9999说明：本项设定的为线路所用PT的倍率，出厂预设定为1，如线路所用PT类型为：10kV/1 00V，则该项整定值为1003电流倍率Ct 1~9999说明：本项设定的为线路所用CT的倍率，出厂预设定为1，如线路所用CT类型为：600A/5 A，则该项整定值为1204显示方式diSP 0~99说明：0为固定显示方式，手动切换显示项；1~99设置页面为自动切换，设置的值为显视的间隔时间，单位秒5通信地址Addr 1~247 说明：仪表地址，多机通信时用于识别本机6通信波特率bAUd 2400、4800、9600、19200、38400 说明：用于设定RS485通讯的波特率，出厂预设值为96007通信数据格式dAtA n.8.1、o.8.1、e.8.1、n.8.2说明：n.8.1无校验位8个数据位1个停止位、o.8.1奇校验8个数据位1个停止位、e.8.1偶校验8个数据位1个停止位、n.8.2无校验位8个数据位2个停止位8电能清0 Eclr yes、no 说明：yes电能数据清0，no电能数据不变9保存参数修改值选择SAVE yes、no 说明：yes保存参数修改值，no以前参数值不变10菜单进入密码Code 0~9999 说明：设置进入菜单的密码，密码预设值为1111五、面板说明与测量信息显示页面内容说明1三相电压分别显示电压Ua、Ub、Uc(3相4线)或Uab、Ubc、Uca(3相3线)，单位为V，在K指示灯亮的情况下为KV。

新型电能计量芯片RN8302在智能电表中的应用

ｄｙｎａｍｉｃｒａｎｇｅｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｉｔｄｅｓｉｇｎｓａｓｍａｒｔｗａｔｔ－ｈｏｕｒｍｅｔｅｒｏｆｈｒｔｅｅ－ｐｈａｓｅａｎｄｆｏｕｒ－ｗｉｒｅ．Ｔｈｅｗａｔｔ－ｈｏｕｒｍｅｔｅｒ
ｓｕｐｐｏｔｒｐｒｅ－ｐａｉｄａｎｄｔｉｍｅ－ｏｆｕｓｅｅｌｅｃｔｉｃｒｉｔｙｐｉｒｃｅ．ｈｈａｓＲＳ４８５，ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｉｎｆｒａｒｅｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄｂｕｔｔｏｎｓ．Ｉｔａｌｓｏｈａｓｔｈｅｉｎｆｒａｒｅｄａｗａｋｅｎｍｅｔｅｒｒｅａｄｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎｗｈｅｎｐｏｗｅｒｉｓｃｕｔ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｉｎｐｕｔＣｉｒｃｕｉｔｆｏａｎａｌｏｇｓｉｎａｇｌ，ｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｉｒｃｕｉｔｏｆＲＮ８３０２ａｎｄＭＣＵａｎｄｔｈｅｒｅａｌｉｚａｉｆｏｎｏｆｓｏｆｔｗａｒｅｈａｖｅｂｅｅｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ｈｅＴｔｅｓｔｏｆｓａｍｐｌｅｗａｔｔ－ｈｏｕｒｍｅｔｅｒｓｈｏｗｓｔｈａｔｉｎｔｈｅ２０ｍＡ－１００Ａｃｕｒｒｅｎｔｒａｎｇｅ，ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｒｒｏｒｏｆａｃｔｉｖｅｅｎｅｒｙｇｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ± ０－３％．ｈｅＴｅｌｅｃｔｉｒｃｅｎｅｒｙｇｍｅｔｅｉｒｎｇａｃｈｉｅｖｅｓｈｉｇｈ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｗｉｄｅ－ｒａｎｇｅ．Ｂｅｓｉｄｅｓ．ｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｔｈｅｗａｔｔ－ｈｏｕｒｍｅｔｅｒ ’ Ｓｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｈａｓｒｅｄｕｃｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＲＮ８３０２；ｗｉｄｅｒａｎｇｅ；ｐｒｅｐａｙｍｅｎｔ；ｓｍａｒｔｗａｔｔ－ｈｏｕｒｍｅｔｅｒ

三相多功能电表设计报告书1

三相多功能电表设计说明书摘要本方案主要由检测电路、专用电能计量芯片ATT7022、89C52单片机、128×64液晶显示、按键、以及电源部分组成。

电路中的电流（电压）信号经过电流（电压）互感器，强电信号转换为安全的弱电信号，通过ATT7022把计量数据传给单片机，由单片机控制128×64液晶显示,另设按键可选择显示测量数据。

因为ATT7022具有极高的精度，能够达到1级测量精度要求，由于互感器铁芯趋于饱和，当电力线路出现过电压或过电流时，其输出不会成正比的增加，能保护测量仪表设备。

一方案比较与论证1.1总方案的选择实现思路本次设计的任务是制作一个能同时对三相工频交流电的三相电压、三相电流、三相有功功率、三相无功功率、总有功功率、总无功功率、功率因数、电网频率、有功电能和无功电能进行测量的数字式多用表。

电流检测三相电参数计量芯片单片机电压检测液晶显示按键RS485红外通信信号上位机上位机1.2 核心功能模块选择与比较1.2.1 电能参数计量模块方案一：用ADE7755计量电能，因为要用三片ADE7755芯片分别对每一相的有功电能进行单独计量，再叠加到三相总有功电能，致使电能计量电路在电路板上占用空间大、线路密集，造成电表抗干扰能力差；成本较高，致使产品的性价比低；ADE7755在500:1的动态范围内误差小于0.1%，电能计量芯片的参数不可调使得电表计量精度降低．方案二：用芯片ATT7022计量电能，ATT7022能准确地测量电网的电压、电流、频率、功率、电能等参数；ATT7022精度高，在输入动态工作范围（1000:1）内，非线性测量误差能达到小于0.1%的精度；ATT7022可设置寄存器使之适用于三相三线和三相四线的工作环境；同时能提供电压和电流相序检测；还能提供电压和电流的有效值参数，有效值精度要优于0.5%。

很好的满足了设计中对测量功能、技术参数以及准确度的要求。

所以选择方案二。

RN8302用户手册_v2.3

3 寄存器............................................................................................................................................22 3.1 参数寄存器列表.................................................................................................................22 3.2 参数寄存器说明.................................................................................................................26 3.3 配置和状态寄存器列表.....................................................................................................30 3.4 配置和状态寄存器说明.....................................................................................................35 3.5 复位和模式切换.................................................................................................................59 3.6 写保护.................................................................................................................................62

基于RN8302的数字化三相多功能电力仪表设计分析

基于RN8302的数字化三相多功能电力仪表设计分析发表时间：2019-08-05T09:12:41.923Z 来源：《基层建设》2019年第15期作者：王晓娜[导读] 摘要：在输变电系统中，电力仪表由于性能良好，优势极高，因此得到了广泛的应用。

广州市扬新技术研究有限责任公司广东广州 510000摘要：在输变电系统中，电力仪表由于性能良好，优势极高，因此得到了广泛的应用。

当前，伴随着配电配网方式的不断优化和完善，以往传统的模式仪表因为较为单一和滞后，因此和现在提出的配电自动化要求显然不相符，在这一现状下，新型并且功能性强的电力仪表随之出现。

该种类型的仪表功能良好，既可以将各种电力参数清晰地显示出来，与此同时，还可以从配电运行情况入手，有效地记录和分析电力参数相关要点，然后借助计算机设备来完成储存各种类型的数据等，把单片机和电能计量芯片相互结合到一起使用是目前的首要目标。

基于此，在本篇文章中，主要从性能良好的ARM处理器以及准确性强的电能计量芯片入手，在激发仪表各项功能的基础上探究电力参数采集和IO功能，从而为数据共享和储存、外设控制提供诸多的便利。

关键词：数字化；三相多功能电力仪表；设计分析情况在本篇文章中，主要从设计三相多功能电力仪表入手，借助准确性好的电能计量芯片来收集和计算相关的模拟数量，并且基于高性能内核处理器为相关事件的处理内核，以此达到仪表测量、计算以及输出等多项自动化功能。

从当前情况来看，RN8302属于一项准确性高的电能计量芯片，通过对于此项芯片的应用，能够优化仪表设计中的模拟电路运行流程，确保产品自身的安全性和稳定性。

此外，内部包含的DSP运算内核涉及到的运算要点是比较多的，它可以减少软硬件资源的过度输出，在集合DSP数据处理能力和ARM事件处理效果的基础上确保各项数据的完善性。

1、设计思路作为多功能智慧型网络电力仪表，本设计集成了电量测量、能量统计、电能质量分析、事故报警、大屏幕液晶、网络通讯等功能；还附带丰富、灵活的IO功能，实现遥测、遥信、遥控、计量于一体。

三相多功能网络电力仪表

四、通讯 .................................................................................................- 39 物理层 .................................................................................................- 39 MODBUS-RTU 通讯协议 ..................................................................- 39 通讯应用举例说明..............................................................................- 41 通讯地址表..........................................................................................- 46 -
二、安装及接线 ...........................................................................................- 6 产品外观及尺寸....................................................................................- 6 开孔尺寸................................................................................................- 6 端子图 ...................................................................................................- 7 三相系统的接线方法............................................................................- 8 通讯接线..............................................................................................- 14 -

三相多功能电力仪表原理

三相多功能电力仪表原理
三相多功能电力仪表是一种集成了多种测量功能的智能电力仪表,可同时测量三相电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数等多种电力参数。

它广泛应用于工业、商业和家庭用电监控领域。

1. 测量原理
三相多功能电力仪表主要采用数字信号处理技术,将模拟量转换为数字量进行处理。

(1) 电压、电流采样:使用电压、电流传感器将模拟量转换为电压或电流信号,再经过滤波、放大等电路处理后,送入模数转换器()进行数字化。

(2) 功率计算:根据数字化的电压、电流采样值,利用数字信号处理器()或微控制器按照功率计算公式,计算出有功功率、无功功率和视在功率等参数。

(3) 数据处理与显示:计算得到的电力参数经过数据处理后,通过液晶显示屏()或显示器显示出来,供用户查看。

2. 主要功能模块
三相多功能电力仪表主要由以下几个功能模块组成:
(1) 电压、电流采样模块:完成电压、电流模拟量的采样和数字化。

(2) 数字信号处理模块:利用或芯片完成电力参数的计算。

(3) 存储与通信模块:用于存储测量数据,并通过串口、以太网等方式与上位机通信。

(4) 显示与操作模块:包括显示屏和按键,用于显示电力参数和设置仪表参数。

(5) 电源模块:为整个仪表系统提供稳定的工作电源。

三相多功能电力仪表通过精确采样电压、电流信号,利用数字信号处理技术对电力参数进行实时计算和显示,为用户提供全面的用电监控信息。

三相电力仪表的设计与应用

水电工程Һ㊀三相电力仪表的设计与应用刘子扬摘㊀要:文章主要阐述了一种多功能三相电力仪表ꎬ能够测量三相电的各类参数ꎬ同时采用硬件隔离技术ꎬ能够在电网复杂的环境下稳定运行ꎬ还配有网络通信㊁数字量输入㊁继电器输出㊁模拟量输出等接口ꎬ具有远程遥测㊁遥控㊁遥调的能力ꎮ文章主要介绍了其设计方法㊁芯片选型㊁接口电路设计及仪表的应用等内容ꎮ关键词:三相电表ꎻＳＴＭ３２ꎻ电力仪表ꎻＡＤＥ７８７８一㊁控制器和计量芯片的选型控制器和计量芯片的选择ꎬ是系统设计的关键ꎬ综合选择一款芯片ꎬ要从技术指标㊁品牌㊁稳定性㊁开发性㊁性价比㊁供货渠道等多方面进行考虑ꎮ(一)控制器芯片ＳＴＭ３２作为近年来比较热门的控制器ꎬ在上述方面做得比较好ꎮ其中ＳＴＭ３２Ｆ１系列通用型ＭＣＵꎬ属于Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３内核ꎬ采用ＡＲＭｖ７－Ｍ架构ꎬ具有丰富合理的外设ꎬ合理的功耗和价格ꎬ芯片型号种类多ꎬ覆盖面广和丰富的软件包ꎬ能够基本满足各类中端硬件设计的需求ꎮ本设计选择ＳＴＭ３２Ｆ１０３芯片ꎬ具有７２ＭＨｚ主频ꎬ２５６ＫＦＬＡＳＨꎬ４８ＫＳＲＡＭꎬ８个定时器ꎬ３个ＳＰＩꎬ２个Ｉ２Ｃꎬ１个ＵＳＢꎬ１个ＣＡＮꎬ３路ＡＤꎬ２路ＤＡꎬ５１个通用Ｉ/Ｏ接口ꎬ能够满足本系统的设计要求ꎮ(二)三相电能计量芯片ＡＤＥ７８７８芯片是一款高精度㊁三相电能测量ＩＣꎬ采用串行接口ꎬ并提供三路灵活的脉冲输出ꎮ该器件内置二阶Σ－Δ型ＡＤＣ㊁数字积分器㊁基准电压源电路以及所有必需的信号处理电路ꎬ可执行总(基波和谐波)有功㊁无功和视在功率测量ꎬ有功和无功电能计量ꎬ以及有效值计算ꎮ内部的数字信号处理器(ＤＳＰ)负责执行这种信号处理ꎮＡＤＥ７８７８能够测量各种常用的三相系统ꎬ例如Ｙ形或Δ形接线ꎮ各相均具有系统校准功能ꎬ即有效值失调校正㊁相位校准和增益校准ꎮＣＦ１㊁ＣＦ２和ＣＦ３逻辑输出可提供许多功率信息:总/基波有功/无功功率㊁总视在功率或电流有效值ꎮＡＤＥ７８７８具有波形采样寄存器ꎬ允许访问所有ＡＤＣ输出ꎮ该器件还提供三相频率以及电压与电流之间的角度等ꎮ利用两个串行接口ＳＰＩ和Ｉ２Ｃꎬ可以与其通信ꎬ同时专用高速接口㊁高速数据采集(ＨＳＤＣ)端口可以与Ｉ２Ｃ配合使用ꎬ以访问ＡＤＣ输出和实时功率信息ꎮ该器件还有两个中断请求引脚/ＩＲＱ０和/ＩＲＱ１ꎬ用来指示一个已经发生的使能的中断事件ꎮ当芯片遭遇盗窃篡改时ꎬ三种专门设计的低功耗模式可确保电能累计的连续性ꎮ二㊁接口电路的设计除了控制芯片和电能计量芯片外ꎬ三相采集电路㊁数字量Ｉ/Ｏ电路㊁模拟量输出电路㊁通讯电路㊁显示电路㊁电源供电等外围电路的器件选择和设计也十分重要ꎮ(一)三相采集电路三相电压采集电路采用每相单独电阻分压的形式ꎬ中性点是零线ꎮ三相电流采集电路采用超微晶微型电流互感器ꎬ一次侧电流根据仪表的额定电流选择ꎬ二次侧选用２.５ｍＡ输出范围ꎮ具体采样电阻和滤波电容的选择ꎬ可以参考电能计量芯片的数据手册进行设计和计算ꎮ(二)数字量Ｉ/Ｏ电路数字量输入电路ꎬ采用光耦隔离输入信号ꎬ输入端子自带２４Ｖ电源ꎬ该电源在仪表内部采用一个ＤＣ/ＤＣ电源隔离模块供电ꎬ使输入接口与内部单片机完全隔离ꎮ数字量输出电路ꎬ２路采用普通继电器输出干接点信号ꎬ另外２路采用光耦继电器作为高速脉冲输出接口ꎮ(三)模拟量输出电路模拟量输出电路采用专用的１２位ＤＡ芯片作为核心部件ꎬ输出连接至运放构成的恒流源电路ꎬ至外部４~２０ｍＡ输出接口ꎮＤＡ芯片为ＳＰＩ接口ꎬ输入信号线通过光耦与单片机隔离ꎮ同时ＤＡ芯片和后面的运放也都通过一个ＤＣ/ＤＣ电源隔离模块供电ꎬ使模拟信号接口与内部单片机完全隔离ꎮ(四)通信电路通信电路采用ＲＳ４８５通讯方式ꎬ采用ＭＡＸ４８５芯片作为核心部件ꎬ芯片与单片机之间的信号也通过光耦隔离ꎮ芯片通过一个ＤＣ/ＤＣ电源隔离模块供电ꎬ使４８５通信接口与内部单片机完全隔离ꎮ(五)显示电路显示电路采用ＨＯＬＴＥＫ的专用液晶驱动芯片作为核心ꎬ连接一块ＬＣＤ段码显示屏和背光板ꎬ显示屏可以根据产品功能和需要显示的内容ꎬ专门订制ꎮ(六)电源电路电源部分采用ＴＮＹ系列的微型单片开关电源集成电路ꎬ输入配合ＥＭＣ滤波电路ꎬ输出配合高频开关变压器和低压差线性稳压器ꎬ输出一路主电源和一路辅助电源ꎬ用来给整机的各部分电路供电ꎮ三㊁三相电力仪表的应用三相电力仪表的应用领域主要有:能源管理系统㊁变电站自动化系统㊁配电自动化系统㊁医院电力监控系统㊁工厂自动化系统㊁开关柜㊁智能建筑㊁智能型配电盘等领域ꎮ主要应用场景有:(一)电能质量监控和分析三相电力仪表可以实现在线式的电能质量分析ꎮ各相电压㊁电流的总谐波畸变率㊁各奇次谐波含有率㊁电压㊁电流不平衡度以及波峰系数㊁电话谐波波形因数㊁Ｋ系数均可实时测量ꎮ(二)能量管理系统应用仪表可以统计双向四象限的有功电能和无功电能ꎬ同时进行最大值/最小值的记录和需量的统计ꎮ配合电力监控软件ꎬ可以协助用户分析各用电设备的电能消耗状况与负荷变化趋势ꎬ实现自动抄表并生成各种电量报表ꎮ(三)远程电力控制仪表不仅有强大的测量功能ꎬ还附带了丰富的可编程Ｉ/Ｏ功能ꎬ这使得它可以胜任分布式ＲＴＵ的要求ꎬ实现遥信㊁遥测㊁遥控㊁计量等功能于一体ꎮ(四)电力ＳＣＡＤＡ系统仪表既可单独使用ꎬ取代大量传统的模拟仪表ꎬ亦可作为电力监控系统的前端设备ꎬ实现远程数据的采集与控制ꎮ标准的ＲＳ４８５通信接口ꎬ使得组网轻松便捷ꎬ是ＳＣＡＤＡ系统集成的理想选择ꎮ四㊁结束语随着现代电子技术的发展ꎬ三相电力仪表已经从模拟指针仪表ꎬ逐步演变成集数字化㊁高精度㊁高可靠㊁小体积㊁多功能等于一身的现代化智能仪表ꎮ既能独立应用于各种控制系统㊁变电站㊁电力监控㊁开关柜㊁工业自动化等设备ꎬ又能为电能的远程控制㊁质量分析㊁能源管理系统㊁智能配电柜㊁智能建筑等提供丰富的测量数据ꎬ为电力及相关行业的发展做出重要的贡献ꎮ参考文献:[１]张兴超ꎬ王陆.三相多功能电力仪表的研究与设计[Ｊ].电子世界ꎬ２０１８(１９):１９８－１９９.作者简介:刘子扬ꎬ北京泓泰天诚科技有限公司抚顺分公司ꎮ９９１。

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基于RN8302的数字化三相多功能电力仪表
设计
俞力1 张飞2
(1.郑州祥和集团有限公司,河南郑州450000;2.郑州华力信息技术有限公司,
河南郑州450000)
摘要:本文设计并实现了一种三相多功能电力仪表｡采用高精度电能计量芯片RN8302对当前模拟量进行采集和计算,并结合高性能Contex-M3内核处理器STM32F103RC作为事件处理内核,从而实现了仪表的测量,计算,显示,通讯,输出,告警等一系列电气自动化功能｡RN8302作为一款高精度的电能计量芯片大大的简化了仪表设计中模拟电路的设计,提高了产品的可靠性和精度｡其内部的DSP运算内核承担了大部分的运算任务,为处理器实现更为多样化的功能节省了软硬件资源｡该设计兼备了高性能的DSP数据处理能力和ARM的事件处理能力,不仅从测量精度上能够满足要求,而且从功能上也更加灵活､更加多元｡
关键词:RN8302;Contex-M3;STM32F103RC;数字化;电力仪表
1 前言
电力仪表被广泛用于输变电系统的各个环节,随着配电配网方式的不断升级和改进,老式模拟仪表已经不能够满足目前配电自动化的要求｡而伴随半导体行业的不断发展,新型的数字化多功能电力仪表应运而生,其功能也在不断的增加,不仅可以显示当前电量,而且能够根据配电特点对历史运行情况进行全面的分析､记录,并能够借助于计算机技术,对所记录和存储的数据进行多分析｡将单片机与电能计量芯片配合使用将成为目前的主流设计思路｡而本文中采用高性能ARM 处理器和高精度电能计量芯片来实现仪表的各种功能,借助于ARM强大的事件处理能力,能够更加完善对数据的分析,更加友好的对数据的显示,更加全面的对数据的存储和上传｡
2 整体结构设计
整个仪表的实现主要由电源,模拟量数据采集,模拟量输出,开关量输入/输出,核心数据处理,人机交互和通讯等组成｡其中电能计量芯片主要用于模拟量输入的采集和电能脉冲的输出｡ARM将模拟数据采集和计算结果读取并作进一步的分析,并存储分析结果,同时通过按键操作对人机交互界面进行控制,并根据通讯规约的设定对内部所存储的数据进行上传｡系统结构图见表1｡
3硬件设计
3.1模拟数据采集设计
采用RN8302作为模拟信号的采集单元,其内部直接集成了运放电路,AD转换,计算内核,数据接口等｡能够在单个芯片上实现,弱信号的变送,AD转换,数字化校准,测量计算,电能累计等功能｡其测量非线性误差在0.1%以内,能够很好的满足国家电网要求的0.5S和0.2S级多功能电表的要求｡其设计思路为,将二次信号(380V/5A)经过微型高精密变送器变为800mV的交流电压信号,经过防混叠阻容滤波后送入RN8302｡RN8302会按照初始化好的参数对模拟信号进行放大,采样,计算,输出｡CPU通过RN8302上集成的SPI接口对其内部各种运算结果读取｡输入的模拟信号有三相电压和电流｡接线方式有两表法和三表法｡同时RN8302的脉冲电度输出接口可连接到数字信号输出接口,实现脉冲电度输出｡(脉冲常数通过仪表设置实现)
3.2核心数据处理单元
核心处理单元主要由以下及部分组成:核心处理器,EEPROM和RTC｡核心处理器采用STMicroelectronics公司的ARM处理器STM32F103RC,这是一款ARM® Cortex TM-M3 32位的RISC内核,工作频率为72MHz,内置高速存储器(高达256K 字节的闪存和48K字节的SRAM),并具有丰富的增强I/O端口和外设的处理器｡处理器通过其上面的SPI接口从数据采集单元(RN8302)中读取当前电压,电流,功率,功率因数电度累加等｡将读取的数据做历史分析,并存储分析结果｡EEPROM 釆用Atmel公司的AT25系列EEPROM存储芯片AT25512｡它是一款比较常用且经济的可编程电擦除只读存储器,操作简单,使用方便,性价比高,可靠性好,读写速度快｡其内部集成了64K的存储空间,不仅能够满足目前数据存储的要求,并且留有部分扩展,能够最大限度地满足后期扩展需要｡RTC实时时钟采用DS1302作为时钟芯片结合外部晶振和纽扣电池来实现｡DS1302是由美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片｡它可以对年､月､日､周､时､分､秒进行计时,且具有闰年补偿等多种功能｡
3.3电源
电源部分采用隔离式小功率开关电源,拓扑结构采用反击式,开关电源芯片采用LNK364｡LNK364是Power Integrations公司的一款小功率､低成本､高效率开关电源控制器,其在一个芯片上包含了700V的功率MOSFET､振荡器､开关控制､高压切换的电流源､频率抖动､每个周期都检测的电流限流及热关断电路｡启动及工作时的功率直接来自于漏极引脚,无需使用偏置绕组及相关电路｡设计输入电压90-265VAC,输出5V 500mA､12V 100mA｡
3.4通讯接口
485通讯接口通过处理器的通用串行通讯接口(USART)外设引出,经过光耦隔离后送入485接口芯片(MAX485),由485接口芯片将TTL电平转化成差分信号,实现两线制485通讯｡
3.5开关量输入输出设计
4路开关量输入和2路开关量输出｡
4 结语
设计中采用了一体化采样计算的智能电能计量芯片RN8302,使得设计简化,外围器件减少,提高了产品的可靠性｡采用STM32F103RC作为管理主控器件,其内部丰富的外设和外部接口使设计产品更加灵活,其内丰富的内存空间为制作更加人性化的人机接口提供了足够的资源｡
参考文献
[1]锐能微.RN8302用户手册V1.1[Z]
[2]STM32F系列ARM内核32位高性能微控制器参考手册V10_1[Z].
[3JSTM32F103xCDE数据手册(英文第5版)[Z].。