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基于MSP430单片机的多功能复费率三相电能表

作者:时间:2010-03-31来源:网络收藏

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/173398.htm


另外一种抄表方式是通过GPRS模块远程抄表。本设计中采用的GPRS模块为SonyEricsson公司的GR47模块。GR47是带有GSM/GPRS全套语音和数据功能的先进无线模块,具有体积小,功能全面的特点。它内嵌TCP/IP协议栈,从而可以最大程度的缩短GPRS产品的研发周期。GR47提供了3个UART端口用来和MCU进行通讯,因此可以通过F449的另一个UART端口对GR47模块进行控制,其控制命令为标准的AT指令。通过GPRS抄表可以方便地获得各个中的数据,同时也可以对进行广播校时。需要指出的是,GR47的峰值耗电电流为2A,所以需要在GR47的供电端加上1000uF左右的电解电容,电源芯片也应满足相应的要求,在本设计中采用了LM1084稳压芯片,它可以提供高达5A的输出电流。
3.5 停电抄表电路设计
本系统中的电源模块为开关电源,因此当一相或者两相交流电断相时,开关电源仍能向系统供电。但如果交流电全部断相时,系统的供电将会中断,因此需要考虑在停电后仍能抄表,同时要能对停电发生的时间进行记录。为了保证停电时,系统的核心部分仍能正常运行,我们采用了3.6V锂电池配合低功耗稳压芯片RH5RL30AA作为系统的后备电源,此外,在停电时处于休眠状态,其他芯片的电源都通过三极管关断以降低功耗,经过测试,整个系统在休眠状态耗电电流小于10uA。当需要停电抄表时,系统可以通过按键中断唤醒,数据将会显示在液晶上以供抄表。
停电时是用电池作为电源,而正常供电时是使用开关电源作为电源。如何在电池供电和开关电源供电两者之间切换,这是一个需要考虑的问题,下面给出一个简单的方法来解决这一问题。开关电源供电电路经过稳压芯片稳压到3.3V左右,而电池供电电路经过稳压芯片稳压到3V左右,在两个电路的输出端都加上肖特基二极管5819,这样在正常供电时,由于开关电源供电电路的输出比电池供电电路高0.3V,电池供电电路由于5819的反向不可导通将被切断供电;而在停电时,开关电源供电电路输出为0,电池供电电路在5819正向导通后将向系统供电。电源切换电路如下图所示:


在正常供电时,锂电池的电压可以由F449内部的12位A/D采样获得,这样当电池电压低于3.3V时,可以通过电池充电电路对其充电,直到电池电压上升到达到锂电池充电限制电压4.2V时再停止充电。电池充电电路可以通过IO口控制三极管开断稳压芯片输出来实现。
4 系统软件设计
下面介绍系统功能的软件实现:
1)初始化:对LCD、存储器进行自检,并对数据进行初始化,若系统为第一次上电,所有数据都将初始化为0,否则将从存储器读取相应值对数据进行初始化。
2)时间模块:根据DS3231提供的时间脉冲进行时间计量,为系统数据处理模块提供时间度量并且为用户提供当前时间显示。
3)数据处理模块:本模块为软件设计的核心,主要作用是将计量芯片提供的有功无功电能、电压电流值、频率和功率因素等数据进行处理,结合当前时段和,得到用户的各各时段实际用电量以及最大需量等,并在某一指定时刻(可设置)将数据保存到存储器中。本电表可以保存多月数据,并能够通过RS485、红外接口和GPRS模块向抄表系统提供任意当前或已保存数据。本模块还具有记录断相时间、断流时间等功能。
4)校表模块:为了匹配各种不同的外设,ATT7022提供了校表功能。本模块用于对ATT7022内部各校表寄存器进行设置使其与外设匹配以增加测量精确度。
5)显示模块:通过LCD显示时间、四象限有功无功电能、电压电流值、频率、功率因素、各时段各用电量以及最大需量等。并可通过按钮对显示界面进行操作。
6)停电处理模块:停电时系统不访问数据处理模块,整个系统将进入休眠状态,从而使系统处于超低功耗模式,通过按键中断可以将系统唤醒。
7) 通讯模块:通讯模块分为红外、RS485和GPRS通讯。
8)中断处理模块:系统主要有三个中断处理模块,分别为定时、通讯和停电中断。
5结束语
F449复费率三相集成了多种功能,在电能计量芯片ATT7022和时钟芯片DS3231的配合下对于电能的计量可以达到很高的精度。由于通过多种方式降低系统功耗,经过测试,在停电时整个系统的功耗极低,从而保证了停电抄表功能的实现。整个系统的生产成本较低,并且各项技术指标都达到了国内关于三相复费率电能表的技术标准,因此具有良好的市场前景和应用价值。
本文作者创新点:采用了ATT7022计量芯片和高精度时钟芯片DS3231提高测量精度和降低成本,增加了停电抄表功能使停电后能及时可靠地抄表,还增加了GPRS和红外两种远程抄表方式,抄表方式灵活多样,并且从硬件和软件上综合考虑来使系统功耗降至最低。

电能表相关文章:电能表原理

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