具有遠(yuǎn)程抄表功能的數(shù)字電度表的研究?

【摘　要】　介紹了一種以單片機(jī)AT89C52為基礎(chǔ)的可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程抄表的數(shù)字電度表，該表采用電力載波通信方式，是一種新型的電功率計(jì)。
??? 關(guān)鍵詞：電力載波 遠(yuǎn)程抄表 數(shù)字電度表
　　
1　引 言
　　作為通信技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，電力載波通信技術(shù)用現(xiàn)有交流電源線作通信線路，省去不切實(shí)際的鋪線工程，具有通道可靠性高、投資少見(jiàn)效快、與電網(wǎng)建設(shè)同步等無(wú)法比擬的優(yōu)越性，現(xiàn)已成為電力系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛的通信手段。本文介紹一種以單片機(jī)AT89C52為基礎(chǔ)的采用電力載波通信方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表的數(shù)字電度表，它能實(shí)現(xiàn)各個(gè)電力用戶用電量的自動(dòng)記錄、傳送等功能 ，使得在供電局抄表中心便能查詢用電情況，自動(dòng)抄收用戶電表數(shù)、計(jì)算電費(fèi)等，由此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益都將非常可觀。
2 系統(tǒng)簡(jiǎn)介
?? 系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。
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　　電網(wǎng)進(jìn)戶線通過(guò)穩(wěn)壓電路（7805）產(chǎn)生＋5V和＋10V兩種直流工作電源，以滿足本系統(tǒng)中不同集成電路的需要，同時(shí)AD7751開(kāi)始電功率計(jì)量，產(chǎn)生一個(gè)與實(shí)功率信息成正比的頻率，輸入到AT89C52進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，再通過(guò)專(zhuān)用modem芯片ST7537將功率信息以電力載波方式送回電網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表，并驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示功率讀數(shù)，其功率信息存放于外部存儲(chǔ)器M93C46中以防掉電后數(shù)據(jù)丟失 。系統(tǒng)故障保護(hù)部分由光耦MOC3063和電磁繼電器組成，當(dāng)AT89C52因故停止工作時(shí)，電磁繼電器自動(dòng)切斷電源，保證電度表不會(huì)出現(xiàn)漏計(jì)電現(xiàn)象。
3 系統(tǒng)工作原理（硬件設(shè)計(jì)）
　　系統(tǒng)電氣原理圖如圖2所示。



3.1 CPU及外圍電路
　　AT89C52是ATMEL公司生產(chǎn)的MCS－51系列單片機(jī)，內(nèi)置8K字節(jié)電擦除可編程EEPROM片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和256字節(jié)RAM，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器空間能滿足本系統(tǒng)程序存儲(chǔ)之需要，可省去片外EPROM程序存儲(chǔ)器和地址鎖存器，使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷。
　　P1．3口作片外串行EEPROM存儲(chǔ)芯片的片選信號(hào)，P1．2口輸出時(shí)鐘信號(hào)，P1．1口輸出操作命令或向EEPROM送寫(xiě)數(shù)據(jù)，P1．0口為數(shù)據(jù)輸入端，P1．4口為光耦MOC3063控制端，P0口為數(shù)碼顯示LED段選控制端，P2．0～P2．4口為位選控制端，P2.5～P2.7口分別與ST7537的RX、/相聯(lián)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信控制，XTAL1時(shí)鐘輸入端接至ST7537的MCLK時(shí)鐘輸出端，RESET接至ST7537的RSTO復(fù)位輸出端。P3．4口計(jì)數(shù)器T0輸入端接至AD7751的F1低頻率輸出端進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)。
　　存儲(chǔ)單元采用電擦除可編程存儲(chǔ)器M93C46，其片內(nèi)有64×16位串行存儲(chǔ)單元，具有在線改寫(xiě)數(shù)據(jù)功能，在本控制電路中用來(lái)存儲(chǔ)用戶所用電量。
　　系統(tǒng)的故障保護(hù)部分由光耦MOC3063和電磁繼電器組成。
3．2　功率計(jì)量（AD7751）
　　AD7751是一種高精度的帶有片內(nèi)故障檢測(cè)的電量測(cè)量IC，電源線路電壓傳感器的輸出端接到AD7751的電壓通道V2P、V2N。從電流傳感器輸出的電壓接到電流通道V1A、V1B，其內(nèi)部的兩個(gè)ADC將電流和電壓傳感器送來(lái)的信號(hào)數(shù)字化。AD7751計(jì)算兩個(gè)電壓信號(hào)（通道1和通道2上的）的乘積，然后低通濾波這個(gè)乘積以提取實(shí)功率信息。
　　AD7751的低頻率信號(hào)輸出是通過(guò)累加這個(gè)實(shí)功率信息產(chǎn)生的，這個(gè)低頻率信號(hào)本來(lái)就意味著在輸出脈沖間長(zhǎng)時(shí)間的累加，所以這個(gè)輸出頻率正比于平均實(shí)功率，這個(gè)平均實(shí)功率信息可以依次被累加（例如通過(guò)一個(gè)計(jì)數(shù)器）以產(chǎn)生能量信息。
　　AD7751主要管腳的功能：
　　高通濾波器（HPF）選擇，在功率計(jì)量應(yīng)用中HPF必須被使能。
　　V1A、V1B：通道1（電流通道）的模擬輸入。這兩個(gè)輸入端是全差分電壓輸入。
　　V2P、V2N：通道2（電壓通道）的輸入端。
??? VIN：差分電壓輸入V1A和V1B的負(fù)輸入腳?！?br>? 　CLKIN、CLKOUT：外部時(shí)鐘輸入端，對(duì)規(guī)定的工作來(lái)說(shuō)時(shí)鐘頻率是3．58MHz。
　　F1、F2：低頻率邏輯輸出端，F(xiàn)1和F2提供“平均實(shí)功率”信息。
3．3　數(shù)據(jù)通信（ST7537）
　　ST7537是SGS－THOMSON公司專(zhuān)為電力線載波通信而設(shè)計(jì)的家庭自動(dòng)化modem芯片，它除有一般的modem芯片的信號(hào)調(diào)制解調(diào)功能外，還針對(duì)電力線應(yīng)用加入許多特別的信號(hào)處理手段，目前，在國(guó)內(nèi)電力線載波抄表領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。其調(diào)制解調(diào)技術(shù)是FSK方式，最高波特率達(dá)到了2400bps。ST7537通過(guò)一個(gè)外部激勵(lì)、一個(gè)變壓器和能量主線相聯(lián)接，載波頻率為132．45kHz。
　　ST7537主要管腳的功能：
　　RX／：接收或發(fā)送方式選擇輸入端，RX／＝0時(shí)為發(fā)送工作方式，RX/＝1時(shí)為接收工作方式。
　　：看門(mén)狗輸入端。
　　PABC、功率放大器輸出端。
　　：數(shù)據(jù)檢測(cè)輸出端。　
　　TXD：傳送數(shù)據(jù)輸入端。
　　RXD：接收數(shù)據(jù)輸出端。RSTO：復(fù)位輸出端。
　　RAI：接收模擬信號(hào)輸入端。
　　ATO：模擬信號(hào)輸出端。
　　MCLK：時(shí)鐘輸出端。
　　AVDD：內(nèi)部模擬電源電壓＋10V。
　　DVDD：內(nèi)部數(shù)字電源電壓＋5V。
　　我們?cè)O(shè)計(jì)的ST7537與220V電力線的接口電路簡(jiǎn)單實(shí)用，性價(jià)比高，其電路見(jiàn)圖2所示的電氣原理圖。
4　控制軟件的設(shè)計(jì)
　　該系統(tǒng)軟件由主程序和中斷程序組成，軟件流程圖如圖3和圖4示，主機(jī)以點(diǎn)名方式與各分機(jī)進(jìn)行通信，主機(jī)向電網(wǎng)送分機(jī)地址，各分機(jī)從電網(wǎng)讀得并判別是否是本機(jī)地址，如果是，則送計(jì)量結(jié)果及故障狀態(tài)。
　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　限于篇幅，本系統(tǒng)初始化程序略。
5　結(jié)束語(yǔ)
　　該數(shù)字電度表測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定可靠，不但可以取代老式的齒輪式電度表，還可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程抄表及高效數(shù)據(jù)管理，是現(xiàn)代供配電管理不可缺少的用戶電功率計(jì)，是老式電度表的替代產(chǎn)品，市場(chǎng)前景廣闊。

1　蔡菲娜．單片微型計(jì)算機(jī)原理和應(yīng)用．杭州：杭州大學(xué)出版社，1996
2　何立民．單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990
3　余永權(quán)．單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的功率接口技術(shù)．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1992