電能表外文文獻翻譯

1、基于單相微控制器的電表摘要：本文提出一種基于單片機芯片技術的單相電能表，這個電子儀表不擁有任何旋轉部分能源消耗可以從一個四位數(shù)顯示器上容易讀出。此外，能源消耗存儲在單片機的EEPROM中，這個步驟是必要的，確保即使電氣故障也能正確測量。只要供應能源，電表就能以原來的數(shù)值重啟。這個電表與機械表是兼容的，公司更換時無需花費成本。已經(jīng)試驗出一個單相電表可以測量上限為10A的電流以及127V線電壓。觀察到的精度高于97%。 1. 引言 電能表制造業(yè)為了贏得大量消費者，集中研究努力于現(xiàn)代發(fā)展和更精確的電表。添加精度證明是必要的投資。因此，電能表在住宅運用中仍受歡迎1,2,3 然而,低成本的微控制器的出現(xiàn)

2、使得在住宅區(qū)運用的高成本電表也發(fā)展起來。因這種電表無選擇部件，它有助于避免肆無忌憚的人進行篡改。另外，因大規(guī)模生產(chǎn)，成本會低于現(xiàn)在在生產(chǎn)的機電表。 本文提出一種基于微芯片技術，PIC控制器的單相電能表供住宅區(qū)使用，設計需要考慮到在斷電下能正常運轉，通過記錄微控制器內(nèi)部接口EEPROM中的能源消耗，當恢復能源供應，能量消耗能正確初始化。另外，4位數(shù)的顯示器用于顯示能源消耗。 一原型能實現(xiàn)測量10A的負載電流和127V的電壓。通過簡單地替換分流電阻可以獲得高電流容量，通過改變變壓器抽頭和分壓器比率，為了能在220V的供源中使用它能輕易被修改。2. 電能計算 方程（1）是時間間隔t=t2-t1內(nèi)，計

3、算任意給定負載下能源消耗的基礎。V（t）是供應電壓，i(t)是負載電流。實際上，方程（1）的離散量被運用，適當調(diào)節(jié)后電壓與電流被采樣，通過8為的A/D轉換器轉為數(shù)字形式6，運轉頻率為1082khz。電壓和電流采樣值串行傳輸?shù)絾纹瑱C。 單片機處理并存儲能量消費，能量與參考值比較，在校準過程中設置成1千瓦負載，計算消耗的能量，累計相當一個活動周期，以下方程顯示Eref值的計算：當達到Eref值，一個計數(shù)器遞增重啟和比較，此計數(shù)器到達限值38961，能源消耗的數(shù)值用千瓦表示。是漸進的，以及計算重置。 能源消費是由一個四位數(shù)的顯示器表示。這顯示以分時操作工作，每個數(shù)字是單獨打開5個程序周期，對于人類的

4、眼睛去感知太快，因此沒有檢測到閃爍 3. 微控制能量表簡介A：總體概述 一個微控制能量表的總體概述可以從如下圖一所示：顯示譯碼微 控 制 器A/D轉換放大和過濾電壓傳感器線電壓PC聯(lián)續(xù)接口A/D轉換放大和過濾負載電流電流傳感器 圖1 微控制能量表圖個別的阻礙描述將在下文提到。B：電壓傳感電路 首先供應電壓因電壓分壓器（R1 和R2）減弱，下一個由二階低通過濾器(R3、R4、C9,ClO)處理。一階高通濾波器(R5 and Cll)是用來消除直流分量最終出現(xiàn)補償信號。 選中的A / D轉換器(ADC0831)需要一個輸入為(0,+ 5 v)范圍內(nèi)電壓,因而opamp水平轉變(TL084)引入一個

5、在過濾后的電壓信號(由于R6 / R7)2.5 V的直流偏移。因為一個非反相配置在這里用到，增益為1.212(1 +R6 / R7)也引入了。 在高通濾波器輸出下，因一個V的輸入電壓峰值，分壓器旨在產(chǎn)生一個峰值為2V的電壓，在2.5V水平轉換以及1.212增益被引入后，最后得到+5V的電壓峰值，相應的電路圖如圖2所示：圖2 電壓感應電路C：電流感應 圖3顯示了當前的測量電路，假設最大電流10A時，考慮成本，電流信號從分流電阻獲得。為了防止噪音問題，選擇同相單位增益差分運放。其輸出通過二階低通濾波器并反饋到二階放大器。第一個引入增益為14.6，然而第二個引入2.5V補償及額外的增益1.212，類

6、似于電壓感應電路。由于A的負載電流，選擇輸出5V的電壓，反饋到ADC0831轉換器的輸入。圖3 電流感應電路圖D：單片機 所選單片機為PIC16C84來自微芯片Inc 。45，當前應用程序擁有相關特征,如成本低，EEPROM內(nèi)存，即使在斷電時期儲存測量能源值。這是一個高績效單片機,利用CMOS技術和有一個RISC體系結構類型。內(nèi)部1024 x 14 eeprom程序內(nèi)存和64 x 8個字節(jié)eeprom數(shù)據(jù)內(nèi)存是標準的。利用C編譯器開發(fā)的 Paralax Inc單片機環(huán)境，能用C語言編程。最大頻率10MHZ是可能的，但是在這個周期，由于設計考慮，選擇4.43mhz的脈沖。 目前有一個擁有8位預定

7、標記錄器（高效的產(chǎn)生16位計數(shù)器）的8位時間計數(shù)器，也有13個雙向I/O端口，其輸入輸出端口能處理25ma的輸入電流和20ma的輸出電流。有效的減少了另外連接電路的需要，例如緩沖器。E：單片機輔助電路 圖4展示了一些外部電路的電路圖，是電表運行所需的。圖4 單片機和輔助電路圖1)振蕩器電路（電路1)這個電路決定PIC16C84時鐘頻率。電容和電阻的值是生產(chǎn)所需的時鐘頻率決定的。2) 電源電壓水平傳感器（電路2) ，這電路對于電能表的正常運行特別重要。如果電源電源低于4.2v（可能造成線電壓的斷供），這個電路改變外部中斷接口RBO/INT 輸出從5V到0V。這就迫使程序中斷發(fā)生，激活子程序，使得

8、存儲能量消耗值進入單片機EEPROM，接下來使得程序進入后臺循環(huán)直到線電壓恢復正常。這是公認的，在外部中斷端口電壓大于4.8 V ，使得程序離開循環(huán)，再開始正常處理。如果單片機電源電壓變得小于3.9 V，禁用電路被激活，這是接下來要解釋的。3) 禁用電路（電路3)）這個電路在PIC 16C84指南中被說明，命名為布朗保護。在電源電壓不到一個預定義的水平(在這種情況下,3.9 V)時，它通過快速禁用PIC而工作。這種電路防止PIC在低電壓水平時運行，接近最低允許值。4） 微機電能表串行接口電路為了執(zhí)行校準子程序、鍵盤和視覺接口是必需的。這是通過使用RS232與微機串行通信運行Windows終端程

9、序，這個程序是負責控制計算機的串行端口。 儀表校準是一個兩步的過程：第一步需要轉換器，對應于一個零輸入條件的樣本電壓和電流。這一值接下來被用于消除來自實際電壓的補償。第2個校準是當1KW的標準功率因數(shù)負載被用來獲得正確的比例因子。 F：能量消耗顯示電路 該電路利用標準7-segments數(shù)字顯示器。這個配置中,除了成本低外，還使它易讀到當前的能源消耗。這個電路運用了4/7位譯碼器 ，定義的數(shù)字將在特定的顯示器中顯示。除了這一個，另一個2/4位譯碼器也是必需的,為了使分時顯示，在5個活動周期內(nèi)每個顯示是清晰的。由于PIC中受限的接口數(shù)，之后的解碼器是需要的。顯示電路的電路圖如圖5：圖5 電能消耗

10、顯示電路圖4. 電能測量程序電能測量項目是在來自Parallax Inc7的一個專用的C語言編譯器上發(fā)展起來的。匯編語言5也用于至關重要例程。電能測量程序流程圖顯示在圖6。5. 實驗結果 為了使得電表生效，進行了一些實驗。單相原型用1kw功率因數(shù)的標準負載被初校準。一些實驗結果由驗證計精度獲得，如表所示。 在空載下進行電表校準，但模仿1千瓦負荷,因為它是一種更快的方式來驗證測量存儲在單片機程序。電表應該增加總能量消耗1kw/s。6. 結論 本文說明了基于單片機的電表測量電能消耗的可行性，作為一種替換傳統(tǒng)機械電表的選擇。圖6 電能測量流程圖這個微控制表無旋轉部件，有助于防止鋼化的假冒品。本身是一

11、個有吸引力特性的工具。而且，據(jù)估計這個新電表成本比機電表低。估計大規(guī)模生產(chǎn)時，成本在15美元左右。 這個新表精度高于97%。這個數(shù)值與市場上的機電表兼容。此外，通過4位數(shù)字顯示器讀取的能量消耗過程比模擬表更簡單。校準過程是通過使用一個來自運行Windows終端程序的微機PS23接口實現(xiàn)的。這種溝通形式簡單，因為利用了微機中可用的基本配置。 值得說的是，為了增加儀表電流容量。它只需要在傳感電路中減少分流電阻值，然而為了在220V線電壓中使用，足以改變電壓分配器電路。當然，這里運用的基本規(guī)則能容易的擴展到三相電表的情況。 致謝 作者感謝中科電氣和電子工程的部門(IEE)和UFES電力電子與驅(qū)動器的

12、實驗室(LEPAC),以及巴西的國家研究委員會(CNWREFERENCES）提供的支持。參考文獻l M. M. Saied, “On the Accuracy of Watt-Hour Meters inNonsinusoidal Enviroment”, IEEE - 30th IAS Annual Meeting Conf.Records, 1995, pp. 2219-2225.2S. Goldberg and W.F. Horton, “Induction Watthour Meter Accuracywith Non-Sinusoidal Currents”, IEEE trans.

13、 On Power Delivery, vol.PWRD-2, NO. 3, July 1987, pp.683-690.J.3E. Markran, C. Wright and A. Girgis, “A Harmonic Analysis of theInduction Watthour Meters Registration Error”, IEEE Trans. OnPower Delivery, vol. 7, No. 3, July 1992, pp. 1080-1088.4 Microchip Data Book, Second Edition, October 1992. MIC 92 a.5 Microchip Embedded Control Handbook, October 1992 MIC 92 b.6 “ADC0831A