电子式多功能电能表的设计与实现(多个资料)

电子式多功能电能表的设计与实

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来源：电力网(转摘) 作者：时间：2010-11-13 点击：31

电子式多功能电能表主要针对国内市场三相用电的工业用户。随着电力行业改革深入，工业三相用电对多功能电能表的需求大量增加。目前国内多功能表种类少、价格较高、功能不完善,往往仅是针对某些地区的特定要求开发，缺乏通用性，某些产品未能完全达到国标的要求。本文介绍的电子式多功能电能表正是为了适应这种市场需求而设计的。

这是一款智能型高科技电能计量产品，该表可以同时计量正/反向有功电能、正/反向无功电能、四象限无功电能，还具有多费率控制，负荷曲线记录，各相失压、过压、频率超限记录，数据LCD显示等多种功能。主站可以通过RS-485总线或手持红外抄表器对该电表进行查表、设表、抄表等操作。

软件代码全部采用C/C++语言编写，编码效率高，可维护性好，便于实现模块化设计，可根据用户的需求方便地对功能模块进行裁剪。而且代码经过优化，其生成的目标代码大小和执行效率已与汇编代码相差无几。该产品的技术指标全面符合GB/T 17215-1998 《1级和2级静止式交流有功电度表》、DL/T 614-1997《多功能电能表》和DL/T 645-1997《多功能电能表通信规约》的要求。

多功能电能表的总体结构和硬件设计

多功能表总体结构

电子式多功能电能表硬件的核心MCU主控制器，它负责按键输入扫描、工作状态检测、计量数据的读入、计算和存储、电表参数的现场配置以及与外界的通信控制等。其主要功能

单元包括MCU主控制器单元、电量计量模块、红外和RS-485通信模块、校表模块、EEPROM 存储阵列等；其他辅助模块主要有：时钟日历电路、工作异常报警电路、按键输入电路、复位和看门狗电路、开关电源模块和后备电池电路、大屏幕液晶显示模块和LED显示模块。多功能表总体结构框图如图1所示。

高性能主控制器单元

主控制器采用NEC公司8位单片机中的高档产品μPD78F0338。该款单片机为120脚QFP封装，单片集成有60kB Flash、一个异步通信串行口、40×4段LCD驱动器、高达10MHz 的总线时钟和10路10位精度的ADC，并可通过简单的接口进行在系统编程，极大地方便在线调试和软件升级。并且支持高级语言，较好地满足了多功能表任务繁多、数据量庞大、算法较复杂的功能要求。

串口复用通信单元

通信电路模块主要包括TSOP1838红外接收头、红外发射二极管、载波电路、MAX487专用485收发电路、驱动/开关二极管和其他元件。

图1 多功能电能表总体结构框图

图2 通信串行口复用电路

高精度电量计量模块

计量模块由高精度专用电能计量芯片SA9904、电流互感器和其他外围电路元件组成。SA9904是Sames公司生产的一款三相双向功率/电能计量芯片，可以计量有功/无功功率、电压、频率、相序异常等，可以单独计量每一相的用电信息，符合IEC521/1036标准，可达到1级交流电能表的精度要求，各数据寄存器具有24位精度，可通过三线SPI接口与CPU 交换数据。从而可以较好地适应多功能表需要计量多种电量数据的要求。SA9904引脚及其外围电路图如图3所示。

图3 SA9904引脚及其外围电路图

图4 RTC-4553引脚及其外围电路

其中，CLK、DO、DI构成与MCU控制器的接口,用于传输控制命令和测得的电量数据，IIPs、IIPt、IIPr用来对电流取样，IVP1、IVP2、IVP3用来对电压取样。

时钟日历模块

时钟电路采用EPSON生产的RTC-4553实时时钟芯片。内部集成了32.768kHz的石英晶体振荡器，简化外围电路，并可以根据需要进行自由设置以得到较高的频率；同时集成有时钟和日历计数器；可选择24或12小时显示模式；时钟可通过软件方式进行间隔30秒的调整；并提供0.1Hz或1024Hz的定时脉冲输出，以便于在电能表的外部对时钟精度进行定期检查。RTC-4553引脚及其外围电路图如图4所示。

其中，SCK、Sin、Sout与主处理器接口，用于发送控制指令或者传输日期时间数据，本系统日历时钟模块采用电池作后备电源，以确保在停电状态下，日期时间的准确无误。

图5 主程序流程图

多功能表程序流程图

多功能表主程序流程主要包括初始化、数据校验、负荷曲线修补和事务处理等，其流程图如图5所示。

日常事务处理流程集中体现了多功能表的大部分主要功能，包括费率处理、计量数据采集及处理、自动抄表、电能脉冲输出、校表模块和掉电检测及处理模块等，其流程图如图6

所示。

JSY-MK-301三相电能计量模块（方案）详解

1、JSY-MK-301 是一款全互感式的三相电能计量模块，有一个TTL电平通讯接口，以及两路RS485采用9600的波特率进行数据输出；不但能够采集分相的电压、电流、功率因素、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能等计量数据还可以采集三相总功率因素、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能。

2、被测三相电压线分别接到VA VB VC VN，电流使用穿心式互感器；直接将被测电流线路穿过互感器就可以了。

3、电能模块可以分别设定三个过压、过流报警阀值，当前电压或电流超过预设值时，分别通过三个报警继电器输出。

4、远程485口输出使用标准接线柱，本地485口使用了标准USB接口；可以方便的接入JSY-XS-01显示器，搭配成分体式的电能质量分析仪。

5、还提供一组TTL电平输出接口TXD（模块数据发送），RXD（模块数据接收），GND。

6、此模块采用pi公司的LNK564DN做的开关电源进行两路供电，采用7805进行稳压后，一组给计量芯片供电；一组供给RS485电路用于通讯。

7、为了降低成本电压采用使用的是2mA:2mA的电流型电压互感器；R1~R6是