三相自抄表電子式電能表的畢業(yè)設(shè)計(jì)

三相自抄表電子式電能表的設(shè)計(jì)摘要本課題針對(duì)三相電力用戶耗電統(tǒng)計(jì)的問題設(shè)計(jì)了一款新型的具有自抄表功能的電子式電能表，該電能表以專業(yè)計(jì)量芯片為計(jì)量核心，依靠單片機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。通過硬件和軟件模塊的相互配合，可以穩(wěn)定可靠的對(duì)電力用戶的多種電能參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并且能夠?qū)㈦娔苄畔⑸蟼鞯匠硐到y(tǒng)。關(guān)鍵詞電子式電能表；掉電處理；自抄表；電能計(jì)量芯片DESIGNOFTHREEPHASEAUTOMATICREADINGELECTRONICPOWERMETERABSTRACTTHISPAPERPROPOSESANEWELECTRONICENERGYMETERWITHSELFMETERREADINGFUNCTIONTOCOUNTPOWERCONSUMPTIONOFTHREEPHASEELECTRICITYUSERSTHEMETERSCOREISAPROFESSIONALMEASUREMENTCHIP，ANDITCONTROLSTHEWHOLESYSTEMBYMCUTHEMETERSHARDWAREMODULESANDSOFTWAREMODULESCOMPLEMENTEACHOTHER,ITCANMEASURETHEPOWERUSERSVARIOUSENERGYPARAMETERSSTABLYANDSAFELY，ALSO，ITCANUPLOADELECTRICALENERGYPARAMETERINFORMATIONTOMETERREADINGSYSTEMKEYWORDSELECTRONICENERGYMETER；POWERDOWNPROCESSING；AUTOMATICMETERREADINGFUNCTION；ENERGYMEASUREMENTCHIP1前言11三相自抄表電子式電能表的研究背景在我國(guó)，電能作為一種清潔的二次能源是一種重要的消費(fèi)品。改革開放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，電力工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，各行各業(yè)對(duì)電能需求量大幅提高。每年我國(guó)都在不斷擴(kuò)建發(fā)電設(shè)施，更新擴(kuò)建配電系統(tǒng)，目的是增加發(fā)電量供電量，以滿足與日俱增的生產(chǎn)生活用電需求。電能管理監(jiān)督到戶的手段是國(guó)外個(gè)別發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)行電網(wǎng)統(tǒng)一管理的主要措施。電力公司對(duì)所轄地區(qū)內(nèi)各電力用戶的用電信息進(jìn)行采集，直接或間接對(duì)每個(gè)用戶電能的使用進(jìn)行管理，這樣可以大力的提高電能管理的力度。我國(guó)也在逐漸推行這一舉措，電子式電能表就是在這種大環(huán)境下出現(xiàn)并開始迅速推廣。上個(gè)世紀(jì)60年代出現(xiàn)了時(shí)分割乘法器的功率測(cè)量原理，在這個(gè)原理基礎(chǔ)上各國(guó)研制出了單相和三相電子式功率電能表，那時(shí)的電子式電能表都是時(shí)分割乘法器為核心的電路系統(tǒng)。后來(lái)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展，模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)和大規(guī)模集成電路開始廣泛應(yīng)用，具有集成AD轉(zhuǎn)換功能、存儲(chǔ)器、處理器、通信接口的專業(yè)計(jì)量芯片出現(xiàn)，各種性能和功能的電子式電能表逐步成為電能計(jì)量行業(yè)的主導(dǎo)。國(guó)際上近些年電子式電能表的發(fā)展非常快，許多歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家以及北美等許多國(guó)家工商用電計(jì)費(fèi)電能表已經(jīng)實(shí)現(xiàn)100電子化，居民用戶的計(jì)費(fèi)電能表也幾乎被電子式計(jì)量設(shè)備取代，目前很多國(guó)家已經(jīng)宣布完全停止對(duì)傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表的購(gòu)買和安裝。電子式電能表有著諸多優(yōu)點(diǎn)，如高精度、功能易擴(kuò)展、抄表便利、可聯(lián)網(wǎng)通信，使各種電子式電能表設(shè)計(jì)生產(chǎn)行業(yè)發(fā)展迅速。在我國(guó)，電子式電能表已經(jīng)占據(jù)了電能表生產(chǎn)行業(yè)的主要份額，有多家大型電子設(shè)備制造公司長(zhǎng)期致力于電子式電能表的研究和生產(chǎn)，他們的實(shí)踐和努力為電子式電能表在我國(guó)的發(fā)展打下基礎(chǔ)。國(guó)家電力系統(tǒng)的兩網(wǎng)改造工程開展后，國(guó)內(nèi)的電子式電能表研究機(jī)構(gòu)如雨后春筍，不斷涌現(xiàn)，設(shè)計(jì)水平和生產(chǎn)工藝水平一直在不斷提高。12三相自抄表電子式電能表的發(fā)展趨勢(shì)隨著集成電路的日益發(fā)展和新器件的開發(fā)成功，電子式電能表逐步進(jìn)入電力系統(tǒng)生產(chǎn)和銷售管理部門的電能計(jì)量計(jì)費(fèi)第一線，電子式電能表進(jìn)入千家萬(wàn)戶，我國(guó)加入WTO之后，電能表產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上嶄露頭角，我國(guó)自主研發(fā)的專業(yè)計(jì)量芯片已被國(guó)際上認(rèn)可，許多我國(guó)生產(chǎn)的優(yōu)秀芯片類型已經(jīng)和世界上高端廠商生產(chǎn)的芯片在功能和性能上基本達(dá)到同一水平。由于專業(yè)計(jì)量芯片行業(yè)的蓬勃發(fā)展，電子式電能表的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)也已經(jīng)取得了質(zhì)的飛躍。目前，電子式電能表制造行業(yè)已經(jīng)從原來(lái)的功能單一，內(nèi)部構(gòu)造模式單一，核心技術(shù)相似，性能不及傳統(tǒng)感應(yīng)式電能表的狀態(tài)逐漸發(fā)展為現(xiàn)在的多功能多品種，精度指標(biāo)高，性能質(zhì)量好，知識(shí)產(chǎn)權(quán)自主的形勢(shì)。不但如此，我國(guó)電子式電能表行業(yè)逐漸發(fā)展成兩個(gè)成長(zhǎng)方向，即專一功能高性能化和多功能多兼容化。電能計(jì)量裝置是商品交易中一種特殊的計(jì)量器具，其自身技術(shù)性強(qiáng)，要求高，因?yàn)樯a(chǎn)企業(yè)在單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)所消耗的電能數(shù)量巨大，電能計(jì)量裝置運(yùn)行計(jì)量工作是與用戶用電同時(shí)進(jìn)行的，電能計(jì)量的瞬時(shí)性和不可重復(fù)性決定做好電能計(jì)量工作格外重要。國(guó)家對(duì)電能計(jì)量裝置執(zhí)行強(qiáng)制檢定，監(jiān)管力度大，必須定期校驗(yàn)，階段性的改進(jìn)和更新計(jì)量裝置是我國(guó)電管部門的工作要求。13課題主要研究?jī)?nèi)容本課題是基于應(yīng)用一款功能強(qiáng)大的電能計(jì)量芯片ATT7022A，采用以ATMEGA64為核心的單片機(jī)系統(tǒng)，研發(fā)的一款綜合自動(dòng)抄表功能、多參數(shù)測(cè)量功能等于一體的電子式電能表。該電能表的研發(fā)方向定位于三相四線制電能測(cè)量方式，有功精度滿足O5S、02S，動(dòng)態(tài)范圍10001，無(wú)功精度滿足O5S，動(dòng)態(tài)范圍L000L。本課題的主要內(nèi)容及安排如下1、硬件設(shè)計(jì)之初構(gòu)建電子式電能表的PCB電路板，要求通過電路板能夠完成從電能信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換、計(jì)算、顯示輸出等一系列過程。并且該設(shè)計(jì)硬件接口支持在線升級(jí)以及遠(yuǎn)程抄表。硬件電路完成以下要求1利用電網(wǎng)電源供電，并且在電網(wǎng)掉電情況下保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全保存，恢復(fù)供電后可重新投入使用；2具備靈活方便的用戶操作鍵盤和一目了然的信息顯示系統(tǒng)，建立通暢的人機(jī)交流渠道；3通信接口包括SPI通信接口和RS485通信接口，SPI接口負(fù)責(zé)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行燒寫程序，RS485負(fù)責(zé)抄表時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸；4具備近程或遠(yuǎn)程的通信功能，在需要的情況下，系統(tǒng)能夠做到抄表員不需要直接到戶讀表通過網(wǎng)絡(luò)便可直接讀取電量參數(shù)信息，并且可以對(duì)電表存儲(chǔ)器內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行更改；5硬件系統(tǒng)在常規(guī)環(huán)境下運(yùn)行穩(wěn)定，在硬件層面能夠抵抗一定的電磁干擾。2因?yàn)殡娐钒逶O(shè)計(jì)由多個(gè)功能模塊組建，并且需要擴(kuò)展遠(yuǎn)程抄表功能，因此各個(gè)模塊間的通信和抄表通信的可靠性顯得尤為重要。在電路板設(shè)計(jì)的同時(shí)對(duì)電子設(shè)備電磁兼容技術(shù)進(jìn)行研究，并將電磁兼容技術(shù)應(yīng)用于電路設(shè)計(jì)。3完成電子式電能表程序設(shè)計(jì)，軟件程序可控制系統(tǒng)完成各個(gè)功能并且運(yùn)行穩(wěn)定。2電子式電能表的硬件21硬件總體設(shè)計(jì)圖1電能表硬件總體設(shè)計(jì)FIG1METERHARDWAREDESIGN本設(shè)計(jì)目的是進(jìn)行三相電能檢測(cè)，因此首先將三相電流電壓分別輸入采集電路，電流與電壓信號(hào)經(jīng)過互感器降壓，并且將信號(hào)進(jìn)行調(diào)理輸入到計(jì)量芯片ATT7022A進(jìn)行一系列處理，包括們轉(zhuǎn)換乘積運(yùn)算等，ATT7022A芯片輸出的數(shù)字信號(hào)包含各種所需電參數(shù)信息，可供ATMEGA64處理，將所需參量存入片內(nèi)存儲(chǔ)器供電能信息提取。掉電檢測(cè)部分負(fù)責(zé)系統(tǒng)的將電網(wǎng)有無(wú)供電的情況提供給單片機(jī)，判別系統(tǒng)是否進(jìn)行掉電處理。ATMEGA64預(yù)留的引腳為抄表系統(tǒng)抄表時(shí)提供數(shù)據(jù)傳輸，自動(dòng)抄表系統(tǒng)可以讀取存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)的電量信息，還可以直接更改處理器內(nèi)寄存器狀態(tài)或通過總線與片內(nèi)EEPROM通信進(jìn)行程序升級(jí)。設(shè)計(jì)要求能計(jì)量準(zhǔn)確、精度高，誤差為2。電能表正常工作時(shí)，能顯示剩余點(diǎn)能值、已用電能值，當(dāng)表內(nèi)剩余電能不足20度時(shí)，能提醒用戶余電不多，及時(shí)購(gòu)電，具有記憶功能，遠(yuǎn)程抄表功能。22系統(tǒng)整機(jī)性能指標(biāo)電能表的設(shè)計(jì)必須實(shí)現(xiàn)一些必須的功能，硬件和軟件水平達(dá)到國(guó)家對(duì)儀器儀表的相關(guān)要求標(biāo)準(zhǔn)。本課題設(shè)計(jì)的三相自抄表電子式電能表滿足國(guó)家電表儀器標(biāo)準(zhǔn)DLET6451997、GBT178831999、GBT152842002，部分技術(shù)指標(biāo)如下表。表1三相自抄表電子式電能表的部分技術(shù)指標(biāo)TAB1PARTOFTHREEPHASEAUTOMATICREADINGELECTRONICENERGYMETERSPECIFICATIONS參數(shù)名指標(biāo)額定電壓3220380V額定頻率50HZ計(jì)量誤差功率1級(jí)，其它2級(jí)時(shí)鐘準(zhǔn)確度05S23掉電數(shù)據(jù)保存時(shí)間10年1200MAH計(jì)度范圍O99999999KWH波特率1200BPSRS一485通信有效距離1200M絕緣耐壓4KV工作溫度范圍一2555相對(duì)濕度85貯存和運(yùn)輸溫度一4070電池容量1200AH23電源電路的設(shè)計(jì)圖2電源電路設(shè)計(jì)FIG2POWERCIRCUITDESIGN由于電子式電能表的運(yùn)行環(huán)境各種各樣，為其供電的電源電路必須能滿足在某些惡劣環(huán)境比如雷電和低溫下能安全穩(wěn)定供電的要求。本設(shè)計(jì)需要一個(gè)穩(wěn)定的5V直流電源為其內(nèi)部元件提供直流供電。本設(shè)計(jì)提取一路電壓輸入提供直流穩(wěn)壓電源，直流穩(wěn)壓電源將交流輸入電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定不變的直流電壓。為了滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)用串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路供電，串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路部分由變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路部分構(gòu)成。穩(wěn)壓電路作用是將輸出電壓穩(wěn)定在一定合理區(qū)間內(nèi)，在這里應(yīng)用了三端穩(wěn)壓器7805作為穩(wěn)壓器件。7805擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，體積小、價(jià)格低、性能穩(wěn)定，使用安全可靠。運(yùn)行時(shí)7085自身存在36V的壓降，變壓器二次側(cè)輸出也就是電源電路的輸入端電壓實(shí)際取值15V。在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，由于電網(wǎng)線路故障或供電設(shè)備的原因，偶爾會(huì)發(fā)生供電中斷的現(xiàn)象。為避免整個(gè)電子式電能表用硬件系統(tǒng)的癱瘓，電子式電能表在硬件設(shè)計(jì)方面都會(huì)有掉電檢測(cè)電路，軟件設(shè)計(jì)時(shí)配合掉電檢測(cè)功能程序。常見的掉電檢測(cè)電路有的是依靠系統(tǒng)檢測(cè)芯片為系統(tǒng)提供供電電源檢測(cè)，即“看門狗”電路。本設(shè)計(jì)的MCU采用的是處理能力相對(duì)較強(qiáng)的AVR單片機(jī)，所以硬件掉電檢測(cè)部分采用的是通過檢測(cè)電容放電信號(hào)來(lái)判斷電網(wǎng)是否掉電，由處理器來(lái)對(duì)掉電情況進(jìn)行管理。在電路中，如果交流側(cè)電壓正常，電容C5被充電，經(jīng)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后，引腳INTO輸出的是高電平信號(hào)；如果這時(shí)交流側(cè)突然斷電，電容C5放電，穩(wěn)壓管沒有輸入，引腳INTO輸出的信號(hào)時(shí)低電平。單片機(jī)接收到信號(hào)后，進(jìn)入相應(yīng)的中斷程序，進(jìn)行掉電處理。圖3具有掉電檢測(cè)功能的電源電路FIG3POWERSUPPLYCIRCUITWITHPOWERDOWNDETECTION24MCU的選擇及資源配置此處省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說明書和設(shè)計(jì)圖紙等請(qǐng)聯(lián)系扣扣九七一九二零八零零另提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)下載該論文已經(jīng)通過答辯242ATMEGA64介紹ATMEGA64單片機(jī)具有如下的一些主要特點(diǎn)1高性能低功耗的8位A詠處理器。2利用了RISC架構(gòu)和CMOS技術(shù)，執(zhí)行單條指令機(jī)器周期最低可達(dá)50LLS，工作于16MHZ時(shí)性能高達(dá)16MIPS。工作電流不超過25N認(rèn)，功耗較低。3芯片內(nèi)部集成64K字節(jié)的F1ASH程序存儲(chǔ)器擦寫壽命10000次，2K字節(jié)的EEPROM，擦寫壽命100000次，4K字節(jié)的SRAM，64K字節(jié)可選片外存儲(chǔ)空間，獨(dú)立鎖存位的可選BOOT代碼區(qū)。432個(gè)8位通用工作寄存器，35個(gè)中斷源8個(gè)外部中斷源。5兩個(gè)具有獨(dú)立功能和比較功能的8位定時(shí)器計(jì)數(shù)器，兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻功能和比較捕捉功能的16位定時(shí)器計(jì)數(shù)器，8路10位ADC，兩路8位PWM，獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器。6具有可編程串行USART，JTAG接口，可工作與主機(jī)從機(jī)選擇模式的SPI串行接口，支持ISP下載，7具有64引腳TOFP和MLF兩種封裝形式，53個(gè)可編程IO口。8速度等級(jí)08MHZ。243處理器資源分配ATMEGA64芯片共有INTOINT78個(gè)外部中斷源，各外部中斷源做如下分配表2ATMEGA64外部中斷分配TAB2A11OCATIONOFATMEGA64SEXTERNALINTERRUPT外部中斷源功能INT0掉電檢測(cè)INT1抄表INT2計(jì)量芯片握手INT3計(jì)量芯片復(fù)位INT4按鍵中斷ATMEGA64共有兩個(gè)USART口其中USART0分配給抄表模塊，為抄表系統(tǒng)工作時(shí)提供數(shù)據(jù)傳輸，USART1口接顯示器串行口，對(duì)顯示器進(jìn)行讀寫操作。兩個(gè)外部計(jì)數(shù)源輸入T1、T2，其中T1分配給時(shí)鐘芯片。在必要時(shí)，擴(kuò)展由時(shí)鐘芯片輸出的可編程方波信號(hào)計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)功能。SPI接口提供進(jìn)行程序?qū)懭牖蚺cATT7022A進(jìn)行通信。25計(jì)量模塊硬件設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，計(jì)量模塊是負(fù)責(zé)對(duì)電能采樣信號(hào)值進(jìn)行整理計(jì)算，最終得到所需電能參數(shù)值的部分。模塊內(nèi)部的專用DSP芯片將有功功率、有功能量、無(wú)功功率、無(wú)功能量等參數(shù)計(jì)算出，并將其輸入到MCU處理單元。從而避免了在單片機(jī)程序中設(shè)置復(fù)雜參數(shù)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算。使用專業(yè)的電能計(jì)量芯片還可以減少M(fèi)CU任務(wù)量，節(jié)省大量的CPU資源，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定安全。251電能采集電路的設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，計(jì)量芯片的電壓采集輸入利用電壓互感器輸入方式，電流采集輸入利用電流互感器方式。這種設(shè)計(jì)將芯片與電網(wǎng)進(jìn)行了隔離，從而可以獲得良好的抗干擾性能。圖4電壓采集電路FIG4VOLTAGECONDITIONINGCIRCUIT上圖中VXIN與VXOUT接電網(wǎng)三相電壓火線和零線，圖中的參數(shù)是以220V為參考電設(shè)計(jì)，利用電壓互感器將電網(wǎng)高電壓輸入變換為O2V到06V的采樣信號(hào)。1在模擬輸入電路中對(duì)輸入引腳引入24V左右的輸入偏置電壓，由ATT7022的第11引腳提供偏置電壓。2為了保證測(cè)量精度，芯片ATT7022A的第5引腳外接10UF和01UF濾波電容，盡量靠近引腳。電容的接地點(diǎn)與電流電壓采集信號(hào)的地線盡可能短的連接在一起。3在VXIN和VXOUT輸入電路中安置12K電阻和001UF電容構(gòu)成抗混疊濾波器，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)對(duì)稱，并采用溫度性能較好的元器件，保證電表獲得良好的溫度特性。4為防止外部接線錯(cuò)誤，在任意一相電流與電壓反向時(shí)，ATT7022A的第40引腳REVP輸出高電平，據(jù)此可以判斷接線是否有錯(cuò)。圖5電流采集電路FIG5CURRENTCONDITIONINGCIRCUIT252ATT7022A內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部電路連接圖6ATT7022A內(nèi)部框圖FIG6ATT7022AINTERNALBLOCKDIAGRAMATT7022A內(nèi)部集成了6路16位A，D轉(zhuǎn)換器，電流通道有效值在2MV至1V的范圍內(nèi)線性誤差小于O1，電壓通道有效值在10MV至LV的范圍內(nèi)線性誤差小于O1，電壓取值在O2V到O6V，電壓采樣信號(hào)小于O2V，可用電壓通道ADC增益選擇，將電壓信號(hào)適當(dāng)放大，電流取值在2MV至1V，電能線性誤差小于O1。每路ADC的交流輸入由管腳VXP和VXN輸入，同時(shí)要求VXP、VXN加24V左右直流偏置電壓，該偏置電壓可以由芯片的參考電壓輸出REFOUT獲得，也可以由外部基準(zhǔn)電壓提供。本設(shè)計(jì)采取的是利用芯片輸出的參考電壓引腳REFOUT為電能采集模塊提供直流偏置電壓。圖7ATT7022A及其外部電路設(shè)計(jì)FIG7ATT7022AANDITSEXTERNALCIRCUITDESIGN在單片機(jī)系統(tǒng)中，ATT7022A與單片機(jī)有6條連線。其中RESET是ATT7022A的復(fù)位線。CS、DIN、DOUT、SCLK為ATT7022A與ATMEGA64進(jìn)行SPI通信的通信引腳，CS為單片機(jī)輸出的片選信號(hào)下降沿表示通信開始，上升沿表示通信結(jié)束，DIN與DOUT為SPI通信時(shí)數(shù)據(jù)輸入引腳與數(shù)據(jù)輸出引腳，SCLK為串行時(shí)鐘輸入引腳。為了避免SPI通信時(shí)電磁干擾對(duì)通信產(chǎn)生影響，本設(shè)計(jì)采用了在SPI傳輸線路上串聯(lián)低通濾波器的方法，低通濾波器由一個(gè)10電阻和一個(gè)10PF的電容組成，這樣可以消除SPI通信線路上可能出現(xiàn)的干擾或抖動(dòng)。SIG為單片機(jī)與ATT7022A的握手信號(hào)引腳，在ATT7022A上電復(fù)位或重啟后，單片機(jī)必須通過SIG寫入高電平信號(hào)，ATT7022A才能與單片機(jī)進(jìn)行通信。26時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)電子式電能表對(duì)用電用戶的電量參數(shù)測(cè)量動(dòng)作都是建立在一定時(shí)間之上，因此對(duì)于每一組測(cè)量值都有一組相匹配的時(shí)間參數(shù)。時(shí)間參數(shù)是電子式電能表系統(tǒng)電能結(jié)算和監(jiān)控的依據(jù)。電子式電能表中的實(shí)時(shí)時(shí)鐘分為硬時(shí)鐘和軟時(shí)鐘兩種。硬時(shí)鐘由獨(dú)立的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片組成。能自動(dòng)產(chǎn)生秒、分、時(shí)、日、月、年等時(shí)間數(shù)據(jù)，并能自動(dòng)進(jìn)行閏年補(bǔ)償，還具有產(chǎn)生定時(shí)中斷等功能。軟時(shí)鐘是指利用單片機(jī)內(nèi)部或外部產(chǎn)生的定時(shí)中斷程序，通過對(duì)程序中定時(shí)終端的計(jì)數(shù)，計(jì)算出時(shí)間。軟時(shí)鐘的缺點(diǎn)是產(chǎn)生的日歷時(shí)鐘信息存放在MCU的RAM中當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤故障時(shí)，時(shí)鐘很容易遭到破壞，存儲(chǔ)的時(shí)鐘信息也易丟失。硬時(shí)鐘的應(yīng)用就彌補(bǔ)了軟時(shí)鐘的這一缺憾，硬時(shí)鐘芯片安裝在MCU外部，它的運(yùn)行也相對(duì)獨(dú)立。內(nèi)部帶有備用電池，運(yùn)行時(shí)較穩(wěn)定不易被外部因素影響。而且集成的時(shí)鐘芯片，運(yùn)行的時(shí)鐘準(zhǔn)確度比軟時(shí)鐘要高。本設(shè)計(jì)采用的是DALLAS公司生產(chǎn)的并行操作接口的時(shí)鐘芯片DSL2C887。DSL2C887內(nèi)部具有128字節(jié)的RAM，4字節(jié)的控制與狀態(tài)寄存器，可以自動(dòng)產(chǎn)生年、月、星期、日、時(shí)、分、秒7個(gè)時(shí)標(biāo)，具有報(bào)警定時(shí)功能，方波信號(hào)輸出功能。內(nèi)部配備鋰電池，無(wú)外部電源供電情況下可運(yùn)行并且保存數(shù)據(jù)10年以上。由于DSL2C887計(jì)時(shí)精度高、運(yùn)行穩(wěn)定、不掉電、操作方便、編程簡(jiǎn)單，使其在單片機(jī)開發(fā)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。在時(shí)鐘模塊硬件連接中，MOT為模式選擇引腳，接地表示系統(tǒng)選擇的是INTEL模式，在1NTEL模式中DSRD引腳作用是讀允許，RW引腳作用是寫允許。AD0AD7為復(fù)用地址數(shù)據(jù)總線，在這里與單片機(jī)的PF口相連。AS為地址選通輸入引腳，地址選通上升沿有效。IRQ為中斷請(qǐng)求輸入，CS為片選信號(hào)輸入引腳。VCC接5V電源，當(dāng)電源電壓輸入小于3V時(shí)，DSL2C887默認(rèn)系統(tǒng)掉電，自動(dòng)將電源轉(zhuǎn)換到內(nèi)部自帶鋰電池上，保證時(shí)鐘程序能夠正常運(yùn)行。RESET直接接VCC，從而保證了DSL2C887在掉電情況下，內(nèi)部寄存器數(shù)據(jù)不受影響，時(shí)鐘繼續(xù)工作。圖8時(shí)鐘模塊硬件連接圖FIG8CLOCKMODULEHARDWARECONNECTIONDIAGRAM27自動(dòng)抄表模塊的設(shè)計(jì)自動(dòng)抄表功能要求將電子式電能表的測(cè)量參數(shù)信息讀取出來(lái)，對(duì)于電子式電能表，測(cè)量部分一般由MCU和電能測(cè)量模塊構(gòu)成，在設(shè)計(jì)之初電子式電能表都會(huì)配備輸入輸出接口，利用上位機(jī)讀取電能表的測(cè)量參數(shù)。信號(hào)傳輸?shù)妮d體方面，常用的傳送方法有利用電力線實(shí)施載波通訊傳送、利用電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、利用無(wú)線方式傳送數(shù)據(jù)、利用光線方式傳送數(shù)據(jù)。綜合運(yùn)行成本、運(yùn)行技術(shù)難度、安全可靠性、可操作性等各方面因素考慮，本設(shè)計(jì)最終選擇應(yīng)用電話網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)的自動(dòng)抄表方式。利用電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，是一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效的方案。電話網(wǎng)絡(luò)具有數(shù)字信號(hào)傳輸速度快、頻帶寬、傳輸距離遠(yuǎn)、安全穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。并且電話傳輸線提供兩根數(shù)據(jù)傳輸線，符合設(shè)計(jì)RS一485通訊標(biāo)準(zhǔn)的要求。271抄表方式選擇自動(dòng)抄表方式，根據(jù)應(yīng)用范圍、規(guī)模大小、抄表上位機(jī)距電能表距離遠(yuǎn)近分為近程抄表和遠(yuǎn)程抄表，這里的上位機(jī)主要指的是手持抄表器或抄表管理計(jì)算機(jī)。由于本設(shè)計(jì)采用RS485作為通訊標(biāo)準(zhǔn)，RS485通訊標(biāo)準(zhǔn)的最遠(yuǎn)傳輸距離是12KM，所以自動(dòng)抄表的覆蓋范圍一般最遠(yuǎn)為幾個(gè)街區(qū)，針對(duì)電能用戶的位置分散程度不一的實(shí)際情況選擇的是以小區(qū)為抄表單位的近程抄表方式。在抄表員進(jìn)行抄表工作時(shí)，是以小區(qū)為單位，對(duì)于個(gè)別地理位置偏僻的零散電力用戶，可以選擇利用手持抄表器進(jìn)行上門抄表。在整個(gè)抄表系統(tǒng)中，主要有抄表上位機(jī)手持抄表器或抄表管理計(jì)算機(jī)，電子式電能表，傳輸線纜三個(gè)部分組成圖9抄表功能實(shí)現(xiàn)FIG9METERREADINGFUNCTIONTOACHIEVE每戶電力用戶電表的RS485接口與該電力用戶使用的電話線纜相連接，因?yàn)槊總€(gè)小區(qū)都會(huì)對(duì)電話線纜的出戶端進(jìn)行集中統(tǒng)一管理，電管部門可以在每個(gè)小區(qū)電話線集線箱設(shè)置自動(dòng)抄表接入端口，這樣便建立起了抄表上位機(jī)與電力用戶的一對(duì)多的信號(hào)通道。但是在抄表過程中還應(yīng)注意，TIEIA485標(biāo)準(zhǔn)特性中最大接收器和最大發(fā)送器數(shù)量都不超過32個(gè)單位，因此抄表員一次最多可采集32戶電力用戶的電能測(cè)量參數(shù)數(shù)據(jù)。272RS485通訊接口設(shè)計(jì)RS一485芯片是一類常用的通訊接口器件，許多知名半導(dǎo)體公司，諸如SIPEX公司、MAXIM公司、TI公司，都有相關(guān)匹配芯片生產(chǎn)。MAXL483芯片是一種低功耗高效能的半雙工差分收發(fā)器，完全兼容RS一485標(biāo)準(zhǔn)和RS一422標(biāo)準(zhǔn)，正常工作電流不超過20UA，非正常工作電流也不會(huì)超過O1UA。表3MAXL483管腳功能TAB3MAX1483PINSFUNCTION管腳號(hào)名稱描述1RO接收器輸出2RE接收器輸出使能低電平有效3DE發(fā)送器輸出使能高電平有效4DI發(fā)送器輸入5GND接地6A發(fā)送器輸出接收器輸入7B發(fā)送器輸出接收器輸入8VCC電源電壓475VVCC525V由于本設(shè)計(jì)中RS一485通訊傳輸介質(zhì)是借助的電話線纜，與用戶電話線共用一套線纜，雖然電話線纜載波頻帶較寬，在抄表員自動(dòng)抄表時(shí)，抄表信號(hào)不會(huì)對(duì)電話用戶通話產(chǎn)生影響。為了防止外界突發(fā)強(qiáng)電流強(qiáng)電壓對(duì)芯片造成損害，本設(shè)計(jì)中對(duì)在MAXL483芯片的A、B信道傳輸路徑上特別加入了光電隔離器件，而不是通常采用的雙絞線設(shè)計(jì)，這樣做還可以在電能表內(nèi)部防止外界電磁干擾信號(hào)在傳輸路徑上對(duì)RS一485信號(hào)傳輸產(chǎn)生影響。圖10RS一485通信模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)FIG10THEINTERNALSTRUCTUREOFRS485COMMUNICATIONMODULE273RS485通信協(xié)議介紹解決MCU之間中長(zhǎng)距離通信是本設(shè)計(jì)自動(dòng)抄表通信模塊所考慮的主要內(nèi)容，本設(shè)計(jì)中所采用的主從機(jī)通信標(biāo)準(zhǔn)為RS485標(biāo)準(zhǔn)。RS485因硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、控制方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域中被廣泛使用。RS485是由電子工業(yè)協(xié)會(huì)E認(rèn)制定發(fā)布的一種平衡通信接口，被命名為TIE認(rèn)485A標(biāo)準(zhǔn)。RS485總線是異步半雙工的通信總線，因此，只需有兩根傳輸線便可以進(jìn)行雙向通信。信號(hào)傳輸時(shí)速率最高可達(dá)10MBPS，際應(yīng)用中在信號(hào)傳輸速率不超過100KBITS時(shí)最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)1200米以上。在條總線上可連接最多10個(gè)接收器和多個(gè)發(fā)送器，是一種可以單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向平衡傳輸規(guī)范。表4TIAEIA一485標(biāo)準(zhǔn)的特性TAB4FEATURESOFTMIA485規(guī)格TIAEIA一485傳輸模式平衡電纜艮度90KBPS4000FT1200M電纜長(zhǎng)度10MBPS50FT15M數(shù)據(jù)傳輸速率10MBPS最大差動(dòng)輸出士6V最小差動(dòng)輸出士15V接收器敏感度士02V發(fā)送器負(fù)載歐姆60Q最大發(fā)送器數(shù)量32單位負(fù)責(zé)最大接收器數(shù)量32單位負(fù)責(zé)RS485協(xié)議遵循“查詢一響應(yīng)”模式，在查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功能，數(shù)據(jù)段包含從設(shè)備要執(zhí)行功能的任何附加信息，錯(cuò)誤檢測(cè)域?yàn)閺脑O(shè)備提供了一種驗(yàn)證消息內(nèi)容是否正確的方法。如果從設(shè)備產(chǎn)生一正常響應(yīng)，在回應(yīng)消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的響應(yīng)，錯(cuò)誤檢測(cè)域允許主設(shè)備確認(rèn)消息內(nèi)容是否可用。RS485通信協(xié)議時(shí)，在其串行數(shù)據(jù)單元規(guī)定的數(shù)據(jù)格式是8N1。當(dāng)設(shè)備設(shè)為以遠(yuǎn)程終端I玎U模式通信，在消息中的每個(gè)字節(jié)包含兩個(gè)4BIT的十六進(jìn)制字符。這種方式優(yōu)點(diǎn)是在同樣的波特率下可以比其他方式傳輸更多數(shù)據(jù)。每個(gè)通訊字節(jié)的位由低到高1個(gè)起始位，1個(gè)停止位，1個(gè)奇偶校驗(yàn)位無(wú)校驗(yàn)則無(wú)，8個(gè)數(shù)據(jù)位最小的有效位先發(fā)送，1位邏輯1的停止位，總共11位。圖11查詢一響應(yīng)模式FIG11QUERY一RESPONSEMODEL表5通訊字節(jié)格式TAB5COMMUNICATIONSBYTEFORMAT0D0DLD2D3DD5D6D7PL起始位8個(gè)數(shù)據(jù)位偶校驗(yàn)位停止位使用遠(yuǎn)程終端R1W模式，消息發(fā)送至少要以35個(gè)字符時(shí)間T1T2T3T4的停頓間隔開始，傳輸?shù)牡谝粋€(gè)域是設(shè)備地址。設(shè)備不斷偵測(cè)總線，包括停頓時(shí)間間隔，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)域地址域接收到，每個(gè)設(shè)備都進(jìn)行譯碼，以判斷是否發(fā)送給自己，在最后一個(gè)傳輸字符之后，一個(gè)至少35個(gè)字符時(shí)間的停頓標(biāo)志了消息結(jié)束，另一個(gè)新消息在此停頓之后開始。整個(gè)消息幀必須作為一連續(xù)的流傳輸，如果在幀完成之前有超過15個(gè)字符時(shí)間的停頓，接收設(shè)備將刷新不完整的消息，并假定下一字節(jié)是一個(gè)新的消息地址域。如果一個(gè)新消息在小于35個(gè)字符時(shí)間內(nèi)開始，接收設(shè)備將認(rèn)為它是前一消息的延續(xù)。這將導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤，可以在后邊的CRC域里檢測(cè)出來(lái)。設(shè)備地址域AOA5當(dāng)?shù)刂肺粸?時(shí)，為廣播地址，同時(shí)當(dāng)從控制器接收到一陣數(shù)據(jù)時(shí)，地址域相同時(shí)應(yīng)響應(yīng)命令，取得總線控制權(quán)，當(dāng)響應(yīng)命令之后，把總線控制權(quán)還給主控器。命令碼執(zhí)行操作的依據(jù)。校驗(yàn)碼幀開始各個(gè)字節(jié)二進(jìn)制算術(shù)和，不計(jì)溢出值。前導(dǎo)字節(jié)在發(fā)送信息之前發(fā)送1個(gè)或多個(gè)字節(jié)FEH，以喚醒接收方。數(shù)據(jù)域發(fā)送時(shí)數(shù)據(jù)加33H，接收時(shí)數(shù)據(jù)減33H。表6RTU消息幀格式FIG6IUUMESSAGEFRAMEFORMAT起始位設(shè)備地址域命令碼數(shù)據(jù)校驗(yàn)結(jié)束符T1他T3T48BIT8BITN個(gè)8BIT16BITT1T2T3T428按鍵及顯示模塊的設(shè)計(jì)按鍵和顯示模塊是用來(lái)使電子式電能表內(nèi)部運(yùn)行系統(tǒng)與用戶進(jìn)行交流的通道，在電子式電能表的設(shè)計(jì)中是比較重要的部件。通過它電力用戶能夠直觀方便的讀取本用戶消耗總電能的各項(xiàng)參數(shù)，具備自動(dòng)抄表功能的電子式電能表或者是有預(yù)付費(fèi)功能的電子式電能表中，用戶也可以直觀的觀測(cè)到電管部門對(duì)用戶電費(fèi)收取情況和抄表情況。通過按鍵設(shè)置，用戶也可以更改電子式電能表面向用戶的使用功能?？梢哉f，按鍵和顯示模塊設(shè)計(jì)的好壞決定了電子式電能表給電表用戶的使用印象的好壞，也決定了設(shè)計(jì)成果成為產(chǎn)品后能否得到迅速普及和推廣。281液晶顯示部分現(xiàn)在最常用的器件是發(fā)光二極管有源顯示LED和液晶顯示LCD兩種。發(fā)光二極管有源顯示LED是需要對(duì)顯示發(fā)光二極管施加電壓的主動(dòng)發(fā)光顯示器件，液晶顯示LCD是控制所施加電壓光反射的顯示器件，使用壽命一般為500050000H。LED或LCD顯示包括有控制芯片以及背光燈、存儲(chǔ)器、通訊串口等結(jié)構(gòu)組件。常見的LCD液晶顯示器有兩種結(jié)構(gòu)一種是筆畫式或稱字段式液晶顯示器；另一種是點(diǎn)陣式液晶顯示器，點(diǎn)陣式液晶顯示器又可分為點(diǎn)陣字符式和點(diǎn)陣圖形式兩類。字段式液晶顯示器由分段型的顯示器件與專用集成控制電路構(gòu)成，缺點(diǎn)是只能顯示數(shù)字和符號(hào)。點(diǎn)陣式液晶顯示器有點(diǎn)陣字符顯示器件和專用驅(qū)動(dòng)器控制器構(gòu)成，可以顯示數(shù)字和中西文字符或某些圖形。圖12按鍵顯示模塊電路連接FIG12KEYPADANDDISPLAYMODULECIRCUITCONNECTION282按鍵部分常見的鍵盤分編碼鍵盤和非編碼鍵盤，在應(yīng)用MCU的各種系統(tǒng)中，使用最多的是靠軟件編程來(lái)識(shí)別的非編碼鍵盤。非編碼鍵盤又分為獨(dú)立鍵盤和矩陣式鍵盤。為了兼顧節(jié)約單片機(jī)引腳資源與為用戶提供足夠按鍵個(gè)數(shù)的要求，本設(shè)計(jì)采用的是4水4矩陣式鍵盤。由單片機(jī)PC引腳高四位控制鍵盤的行掃描，低四位控制鍵盤的列掃描。行線接上拉電阻至高電平，某一鍵按下，行線電平狀態(tài)將由該鍵的列電平?jīng)Q定。列電平為低，行線輸出為低；列電平為高，則行線輸出為高，單片機(jī)通過掃描PC引腳的第四位和高四位電平信號(hào)判斷按鍵位置。3三相自抄表電子式電能表的軟件設(shè)計(jì)總方案上電開始后首先進(jìn)行參數(shù)設(shè)置等初始化程序，中斷源設(shè)置包括有掉電中斷、電源恢復(fù)中斷、抄表中斷、按鍵中斷等。在ATMEGA64芯片中可設(shè)置低功耗模式，主循環(huán)結(jié)束后為了節(jié)電芯片進(jìn)入低功耗模式，在發(fā)生掉電、抄表、按鍵按下等外部中斷或100MS讀計(jì)量芯片ATT7022A電量參數(shù)信息等內(nèi)部中斷情況時(shí)芯片被喚醒。主程循環(huán)中進(jìn)行掉電檢測(cè)、抄表檢測(cè)以及各功能模塊的相關(guān)子程序。圖13主程序流程圖FIG13MAINPROGRAMFLOWCHART31初始化模塊程序中對(duì)ATT7022A的控制分兩部分，一是定時(shí)從計(jì)量芯片參數(shù)寄存器讀取各電參量數(shù)據(jù)，包括有功功率、無(wú)功功率、視在功率、電流有效值、電壓有效值等，這部分可根據(jù)電管部門的實(shí)際要求進(jìn)行有選擇的讀?。黄涠菍?duì)電能量進(jìn)行讀取。對(duì)用戶耗電量統(tǒng)計(jì)是電能表最重要的功能，ATT7022A芯片中負(fù)責(zé)電能統(tǒng)計(jì)累加的有累加型能量寄存器，累加型能量寄存器負(fù)責(zé)對(duì)電量脈沖進(jìn)行累加計(jì)算，可以從000000到FFFFFF進(jìn)行累加。在使用累加能量寄存器前，在溢出位之前設(shè)置一個(gè)能量最大值EMAX，此最大值代表的是單位累加電量值0OLKWH，即累加電量大于001KWH時(shí)電量存儲(chǔ)單元電量值遞增1個(gè)單位。ATMEGA64在與ATT7022A進(jìn)行通信時(shí)，必須對(duì)SIG握手信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控，在芯片上電或外界干擾使計(jì)量芯片復(fù)位時(shí)必須由單片機(jī)對(duì)計(jì)量芯片數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，以確保計(jì)量的準(zhǔn)確性。由于在實(shí)際應(yīng)用中為了配合電力部門對(duì)電力用戶電力管理多費(fèi)率的要求，可配合時(shí)鐘信息進(jìn)行分時(shí)段電量累加，在能量寄存器中對(duì)電量寄存位置按時(shí)段分配，以一個(gè)小時(shí)為一個(gè)時(shí)段，一天以24進(jìn)行分配。在電量存儲(chǔ)時(shí)，脈沖累加大于E時(shí)，當(dāng)前時(shí)段的寄存器單元相應(yīng)的加1。這樣抄表時(shí)便可以對(duì)用戶耗電量進(jìn)行分時(shí)段讀取。圖14電能計(jì)量管理流程圖FIG14ENERGYMEASUREMENTFLOWCHART32自抄表模塊為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，通信協(xié)議采用的是異步串行通信協(xié)議UART。I7ART總線是種通用串行數(shù)據(jù)總線，用于異步通信。該總線雙向通信，可以實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸和接收。在嵌入式設(shè)計(jì)中，UAI玎用來(lái)與PC進(jìn)行通信，包括與監(jiān)控調(diào)試器和其它器件。通常的微處理器都集成有1路或多路硬件UART通道，可以非常方便地實(shí)現(xiàn)串行通訊。在工業(yè)控制、電力通訊、智能儀表等領(lǐng)域中，也常常使用簡(jiǎn)便易用的串行通訊方式作為數(shù)據(jù)交換的手段。主程序相應(yīng)代碼ORG0100HMAINMOVSP,60H；堆棧設(shè)置LCALLDIRRST；執(zhí)行顯示復(fù)位程序LCALLKEYRST；執(zhí)行鍵盤復(fù)位程序LCALLAT24RST；執(zhí)行E2PROM復(fù)位程序LCALLAT24RSTI；執(zhí)行復(fù)位程序LCALLDDJCRST；設(shè)置中斷LCALLDLCSRST；設(shè)置定時(shí)器MAIN1LCALLKEY；執(zhí)行掃描程序MOVA,SEERCJNEA,SEE,MAIN3MOVA,1CJMEA,SEE,MAIN2SJMPMAIN4MAINMOVA,2CJMEA,SEE,MAIN5SJMPMAIN4MAIN3MOVSEER,SEELCALLLCDRESET；執(zhí)行液晶顯示器復(fù)位程序MOVA,00HLCALLLCDFILLMAIN4LCALLDIR；執(zhí)行顯示程序MAIN5LCALLICK；執(zhí)行檢測(cè)及讀寫程序AJMPMAINEND4本設(shè)計(jì)中的主要抗干擾措施41電源電路部分電源電路設(shè)計(jì)時(shí)，電源電路穩(wěn)壓部分的電源輸入和地單點(diǎn)相連，并且在穩(wěn)壓管輸出端接4700F的濾波電容，電源上的干擾不會(huì)與進(jìn)入整個(gè)系統(tǒng)。電源濾波電容要靠近芯片引腳，使信號(hào)先接濾波電容再接芯片電源引腳，且走線不要過細(xì)。利用導(dǎo)磁性能好的材料將電源變壓器外殼進(jìn)行包裹，起到嚴(yán)密的屏蔽的作用，避免漏磁。在PCB板的電源與地之間并聯(lián)510F和O0101F的去耦電容，消除電源和和地之間的脈沖電流干擾。各個(gè)模塊分立式供電，每個(gè)硬件模塊的電源都是進(jìn)行單獨(dú)的變壓、穩(wěn)壓、濾波，這樣既提高了供電質(zhì)量，避免單一模塊掉電影響其他部分供電，又能避免各個(gè)模塊的電源和地之間的耦合干擾。42單片機(jī)部分復(fù)位引腳跨接O01F電容，對(duì)電路進(jìn)行濾噪和去耦，減少電源電路波動(dòng)影響復(fù)位電路動(dòng)作。晶振電路與單品機(jī)時(shí)鐘引腳盡量靠近，晶振外殼接地，并且避免布線時(shí)導(dǎo)線從晶振兩個(gè)引腳之間穿過。單片機(jī)的電源輸入引腳接O01F和100F電容，電容盡量與引腳靠近放置。43計(jì)量芯片部分ATT7022的第5引腳為電能信號(hào)采集輸入模塊提供24V的直流偏執(zhí)電壓。該連接需要進(jìn)行去耦來(lái)防止信號(hào)采集模塊和電能計(jì)量模塊間的信號(hào)耦合。采取并聯(lián)10F和O1UF電容進(jìn)行去耦，并且電容靠近引腳，兩個(gè)電容接地點(diǎn)與電能信號(hào)采集模塊的接地盡可能短的連接在一起。ATT7022內(nèi)部集成了AD轉(zhuǎn)換器，在模擬信號(hào)做完數(shù)字變換后，會(huì)產(chǎn)生多個(gè)的頻譜峰，為濾掉不需要的O5倍與采樣頻率的高頻分量部分，ATT7022的電流信道和電壓信道正負(fù)模擬輸入引腳連接12K電阻和O01F電容，構(gòu)成了抗混疊濾波電路。連接筒ATT7022與ATMEGA64的SPI信號(hào)線是在電路板上相對(duì)較長(zhǎng)的信號(hào)線，有可能受到干擾或出現(xiàn)抖動(dòng)，在每根信號(hào)線上都串聯(lián)電阻值10電容值10PF的RC低通濾波器消除干擾和震蕩，防止誤讀誤寫。ATT7022具有多種電源和地線，如數(shù)模轉(zhuǎn)換部分的VCC與GND、與單片機(jī)通信部分的AVCC與AGND，所有數(shù)字地和模擬地就近連接在一起，不需要分開，保證大面積接地，這樣才能減小地線上的阻抗。ATT7022脈沖輸出線接外部設(shè)備時(shí)，通常線路走線會(huì)較長(zhǎng)，為了吸收環(huán)路上的干擾信號(hào)，引腳CF1、CF2上放置去耦電容，且電容盡量靠近芯片引腳。44其他部分在自抄表模塊部分，由于通信線纜較長(zhǎng)，為了避免通信線路上的干擾信號(hào)或噪聲對(duì)系統(tǒng)造成影響，在MAXL483與信號(hào)傳輸線纜之間進(jìn)行光電隔離。這種方法隔絕了大部分外界干擾信號(hào)，還可以避免干擾產(chǎn)生的強(qiáng)電流或強(qiáng)電壓對(duì)內(nèi)部系統(tǒng)的損害。在地線布線時(shí)，線寬盡量加大，以減小地線上的阻抗，避免地線上產(chǎn)生壓降導(dǎo)致信號(hào)電平不平穩(wěn)。所有導(dǎo)線布線時(shí)，如果面積允許盡量使導(dǎo)線間距加大，尤其注意在信號(hào)回路中導(dǎo)線間距避免過小，以降低導(dǎo)線間的分布電容。交流電能采樣部分的電路布線區(qū)域與其他模塊布線區(qū)域間隔一定距離，以降低交變電流對(duì)其他元器件的干擾影響。由于PCB采用的是雙面板，在每面布線時(shí)盡量使走線垂直相交，以減少電磁耦布線時(shí)走線盡量用弧線或45度角代替直角折線，減少線路中的高頻信號(hào)和外界的耦合。電路板的布線面積要設(shè)計(jì)合理，既不太大也不太小。面積過大會(huì)使導(dǎo)線走線過長(zhǎng)，增加導(dǎo)線阻抗，面積過小會(huì)導(dǎo)致元件之間的干擾效應(yīng)增強(qiáng)。5結(jié)論與展望本課題根據(jù)電力行業(yè)發(fā)展對(duì)電能表設(shè)計(jì)的要求，研制丌發(fā)了一款全新的應(yīng)用于三相電能計(jì)量的電子式電能表。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，查閱了國(guó)內(nèi)外最新電子式電能表研發(fā)信息，參照了眾多電力行業(yè)電能計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，目的在于使研發(fā)成果更加標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化，并且在研發(fā)成功之后能夠易于推廣和普及。儀器儀表的制造標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，設(shè)備性能指標(biāo)要求高，應(yīng)用在電力參數(shù)計(jì)量方向的電子式電能表的性能指標(biāo)好壞勢(shì)必影響到企業(yè)效益和電網(wǎng)管理。盡管在新型電子式電能表的的設(shè)計(jì)當(dāng)中花費(fèi)了相當(dāng)多的努力，盡量做到各方面完善且能夠直接投入實(shí)際應(yīng)用，但是由于本人閱歷和時(shí)間有限，設(shè)計(jì)尚存許多不足本文的不足1本設(shè)計(jì)的一大特色是為電子式電能表添加了自動(dòng)抄表的功能，系統(tǒng)通過特定的傳輸協(xié)議可以與上位機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表動(dòng)作。但是由于篇幅所限，本設(shè)計(jì)僅僅對(duì)電子式電能表部分做了相關(guān)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，沒有對(duì)自動(dòng)抄表機(jī)或抄表PC機(jī)部分做相應(yīng)的研究和設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)需要在這一部分進(jìn)行完善，構(gòu)建完整統(tǒng)一的抄表系統(tǒng)。2電子式電能表在應(yīng)用當(dāng)中會(huì)遇到許