基于ATT7022在线宽量程电能测量仪的设计与实现

引言

基于att7022芯片的设计旨在使设计方案合理，成为性价比较好的产品，特别是在测量范围方面有所突破。电流测量范围为0－500a，可实现多个量程之间的自动平滑切换，且三相四线或三相三线可人工转换；测量精度达到0.2和0.5级；测量的采样频率为3.2khz－25.6khz，并能根据要求从键盘输入互感比、盘转数和测定转数，并能随时修正，以及从液晶屏上实时显示误差百分比、三相电压、三相电流、相位、功率因数、向量图、功率和电能等参数，未工作时显示菜单。

att7022的内部电路结构

如图1所示，att7022的内部主要包括电源监控电路，atc和计量模块。电源监控电路对模拟电源（avcc）进行监控，当电源电压低于4v±5％时，芯片将被复位。att7022片内集成了6路16位的adc，采用双端差分信号输入。最大输入电压是1.5v，即可以输入最大的正弦信号有效值是1v，建议将电压通道un对应adc的输入选在0.5v左右，而电流通道ib对应adc的输入选择在0.1v左右。

系统硬件实现方案

系统整体方案设计如图2所示，该系统主要分为5个部分：前端采集模块、运算处理模块、存储模块、键盘输入模块和显示模块。

前端采集模块

采集部分采用钳型互感器和三个计量芯片att7022同时采集、依据采集电流的大小进行判断识别、自动切换数据传输和接收。

本文选择的电流互感器规格是一次电流分别为0－500a，0－10a，二次电流为10ma、2ma，精度0.05级，负载为20ω，电压互感器规格为220v/0.5v。输入接口电路如图3所示。

运算处理模块

采用华邦w78e516b实现与att7022芯片的数据通信，并进行相应运算、驱动lcd显示、控制键盘输入、数据的存储及与usb芯片的接口通信等功能。
w78e516b微处理器支持较宽的电压变化范围，大大增加了芯片的抗干扰性能。它与工业标准的80c51微处理器系列完全兼容，包含4个8位的双向并行口，一个额外的4位寻址i/o口（port 4），3个16－bit timer/counters，一个watchdog timer和一个标准的uart.包含512b的ram和64kb的闪存，具有64kb程序存储地址空间，64kb外部数据存储地址空间，双数据寻址指针，时钟工作频率达40mhz。

存储模块

数据的缓冲采用8kb ram（hm6264b）；数据的存储采用4kb eeprom（at28c64b）。

显示模块

显示部分采用静电蓬远sed1335图形液晶显示驱动模块，320×320彩色液晶屏。由单片机驱动显示。

通信模块

采用rs－232和usb（ch375）接口，实现计算机对电流钳校验参数、校表参数的写入和显示数据的输出控制。

系统的软件实现

驱动程序

显示驱动程序：lcd显示驱动程序主要负责显示实时数据的大小、位置、颜色、色度、闪烁速度、光标处理等与硬件有关的操作，作为显示数据和硬件之间的载体。

键盘驱动程序：主要完成扫描和键值的返回及按键次数的判断。

存储驱动程序：主要完成整型、实型、浮点型等数据的存储和读取，完全屏蔽硬件和数据类型的差异。

采样驱动程序：主要完成与att7022电路有关的功率、能量、有效值、功率因数以及频率测量等有效参数的读取和开机校表数据的读入。

运算程序

主要完成对输入的采集信号值进行比较，计算误差百分比、常规的比例运算、非常规数据处理等运算处理工作。

显示和菜单算法

完成图形和汉字显示初始化和数据显示及动态图形处理、多级菜单的处理、菜单的切换、存储位置的定义等操作。

通信程序以及异常处理程序

主要完成与att7022的通信，以及与上位机校表参数等数据通信。

结语

本文设计的基于att7022的在线宽量程电能测量仪能够实现在线宽量程电能（不同电流、电压范围）的精确测量，并可以与其他测量设备进行在线实时误差比较分析，求出误差百分比。实时显示相关数据。经实际测试，系统运行良好。