電子式多功能電能表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本文闡述了電子式多功能電能表的設(shè)計(jì)方法、硬件設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵和軟件設(shè)計(jì)流程。并以NEC的μPD78F0338單片機(jī)為例，實(shí)現(xiàn)了一款具有四種費(fèi)率、六條負(fù)荷曲線和兩套費(fèi)率結(jié)構(gòu)的三相四線電子式多功能電能表。

電子式多功能電能表主要針對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)三相用電的工業(yè)用戶。隨著電力行業(yè)改革深入，工業(yè)三相用電對(duì)多功能電能表的需求大量增加。目前國(guó)內(nèi)多功能表種類少、價(jià)格較高、功能不完善,往往僅是針對(duì)某些地區(qū)的特定要求開發(fā)，缺乏通用性，某些產(chǎn)品未能完全達(dá)到國(guó)標(biāo)的要求。本文介紹的電子式多功能電能表正是為了適應(yīng)這種市場(chǎng)需求而設(shè)計(jì)的。

這是一款智能型高科技電能計(jì)量產(chǎn)品，該表可以同時(shí)計(jì)量正/反向有功電能、正/反向無(wú)功電能、四象限無(wú)功電能，還具有多費(fèi)率控制，負(fù)荷曲線記錄，各相失壓、過(guò)壓、頻率超限記錄，數(shù)據(jù)LCD顯示等多種功能。主站可以通過(guò)RS-485總線或手持紅外抄表器對(duì)該電表進(jìn)行查表、設(shè)表、抄表等操作。

軟件代碼全部采用C/C++語(yǔ)言編寫，編碼效率高，可維護(hù)性好，便于實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)用戶的需求方便地對(duì)功能模塊進(jìn)行裁剪。而且代碼經(jīng)過(guò)優(yōu)化，其生成的目標(biāo)代碼大小和執(zhí)行效率已與匯編代碼相差無(wú)幾。該產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)全面符合 GB/T 17215-1998 《1級(jí)和2級(jí)靜止式交流有功電度表》、DL/T 614-1997《多功能電能表》和 DL/T 645-1997《多功能電能表通信規(guī)約》的要求。

多功能電能表的總體結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)

多功能表總體結(jié)構(gòu)

電子式多功能電能表硬件的核心MCU主控制器，它負(fù)責(zé)按鍵輸入掃描、工作狀態(tài)檢測(cè)、計(jì)量數(shù)據(jù)的讀入、計(jì)算和存儲(chǔ)、電表參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)配置以及與外界的通信控制等。其主要功能單元包括MCU主控制器單元、電量計(jì)量模塊、紅外和RS-485通信模塊、校表模塊、EEPROM存儲(chǔ)陣列等；其他輔助模塊主要有：時(shí)鐘日歷電路、工作異常報(bào)警電路、按鍵輸入電路、復(fù)位和看門狗電路、開關(guān)電源模塊和后備電池電路、大屏幕液晶顯示模塊和LED顯示模塊。多功能表總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

高性能主控制器單元

主控制器采用NEC公司8位單片機(jī)中的高檔產(chǎn)品μPD78F0338。該款單片機(jī)為120腳QFP封裝，單片集成有60kB Flash、一個(gè)異步通信串行口、40×4段LCD驅(qū)動(dòng)器、高達(dá)10MHz的總線時(shí)鐘和10路10位精度的ADC，并可通過(guò)簡(jiǎn)單的接口進(jìn)行在系統(tǒng)編程，極大地方便在線調(diào)試和軟件升級(jí)。并且支持高級(jí)語(yǔ)言，較好地滿足了多功能表任務(wù)繁多、數(shù)據(jù)量龐大、算法較復(fù)雜的功能要求。

串口復(fù)用通信單元

通信電路模塊主要包括TSOP1838紅外接收頭、紅外發(fā)射二極管、載波電路、MAX487專用485收發(fā)電路、驅(qū)動(dòng)/開關(guān)二極管和其他元件。

本電能表為便于用戶抄表，設(shè)計(jì)有紅外本地抄表和RS-485集中抄表兩種串行抄表方式，因?yàn)棣蘌D78F0338僅有一個(gè)串口，故通信電路設(shè)計(jì)時(shí)采用串口復(fù)用技術(shù)。由9012、9014和若干電阻等器件組成互補(bǔ)開關(guān)，由MCU的一個(gè)I/O口來(lái)控制紅外和RS-485通信方式的切換。

--摘自www.ednchina.com