一、 電能是社會生產、人民生活所必須的zui重要的能源之一。改革開放之后，我國的電力工業(yè)得到了長足的發(fā)展。目前我國的發(fā)電設備裝機容量、年發(fā)電量均居*二位。但是，電能作為一種特殊的商品，存在著供應和消費在時間和地區(qū)上的不平衡。隨著國民經濟的迅速發(fā)展和人民生活水平的極大提高，這種矛盾日益加劇。電力的供求矛盾固然可以通過新建電廠，增加裝機容量來解決，但這種方法投資大，周期長，還會帶來一定的環(huán)境和生態(tài)問題。而利用科學的方法進行負荷管理，指導合理用電，是投入小、見效快的方法，也是提高電能利用率，開發(fā)電力潛能，解決電力供需矛盾的一項重要手段。實施分時電價政策就是這項管理中很重要的一項舉措。據有關專家論證：全國在不新增裝機容量的情況下，只要采取分時計費的方法加強用電管理，合理用電，就能開發(fā)出60％的電力潛能。
1985年*批轉的《鼓勵集資辦電和實行多種電價的暫行規(guī)定》中，要求全國推廣峰谷分時電價。但由于種種原因，分時電價沒有得到普遍推廣，實行范圍很小。直至1992年東北三省和四川省對100kv 以上用戶全面推行分時電價和1995年全國計劃用電工作會議后，峰谷分時電價才在全國得到切實、有效、全面地推行。
推行峰谷分時電價的前提是使用新型的復費率的電能表。借助智能芯片的資源，復費率的分時電能表可方便地構成多功能的電能表，實現(xiàn)電力多參數(shù)的測量。為適應我國現(xiàn)階段的需要，迫切開發(fā)高質量、高可靠性、功能齊全、價格低廉、適應現(xiàn)代電力市場需要的多功能電能表。
二、三相多功能電能表的硬件設計
電能測量單元采用美國ATMEL公司的產品，即以Σ－Δ A/D轉換器為基礎的電能測量集成芯片AT73C500和 AT73C501,其中AT73C500為A/D變換芯片，AT73C501為的DSP芯片。該產品的特點是：滿足IEC1036 1及精度要求、高精度集成（有集成的A/D轉換器，電壓比較，功率計算等模塊），精度高（各種測量的參數(shù)小于0 .3％），易于接口，可以縮短開發(fā)新產品的開發(fā)周期。目前此種原理電能測量芯片所生產的電子式電能表占有國內電子式電能表大部分*。兩芯片配合使用可以測量三相正、反向電能和感性、容性無功電能，同時還能測量三相電的每一相的有功功率、無功功率、視在功率、電壓有效值、電流有效值、功率因數(shù)和檢測電網頻率。外擴存儲芯片，可存儲相關的數(shù)據，以備查詢。其中有功測量可達1級，無功測量可達2級。使用外接參考電源時的有功精度可以提高到0.5級，無功提高到1級精度。
數(shù)據處理單元的單片機主要側重于多項功能的開發(fā)，選擇時主要從以下幾個方面考慮：功能、抗干擾、功耗、速度等。本表采用NEC單片機uPD753116作為數(shù)據處理單元。該單片機具有以下特點：具有集成的LCD控制器驅動模塊，高速工作與低速功耗兼顧的指令周期切換功能，5個定時器通道，可以完成實時時鐘和載波發(fā)生的功能，以及內置同步串行通訊口等功能。用uPD753116開發(fā)電能表在實現(xiàn)各種功能的時候可簡化電路結構。
其中，測量單元以AT73C500和 AT73C501為核心，完成功率、電能等參數(shù)的采集和測量，測量結果通過總線輸出。數(shù)據處理單元以NEC單片機uPD753116為核心，用來實現(xiàn)三相多功能電能表的各種功能，包括數(shù)據查詢，顯示，通訊、校準電表等。uPD753116從串行總線讀入瞬時量，從測量單元的脈沖讀入電能值，之后對讀入的數(shù)據進行處理。三相多功能電能表采用液晶顯示，使用紅外接口來實現(xiàn)本地抄表或遠程抄表。串行EEPROM用于存儲程序和數(shù)據。鍵盤用于查詢和設置功能。
本三相多功能電能表設計過程中注重了精度、可靠性、功耗等指標，并充分考慮了產品化要求。具有以下特點：
1、 時鐘功能
三相多功能電能表具有時鐘功能是實現(xiàn)復費率的前提條件。將每天分成若干個時段，在收費等級上分成尖、峰、平、谷四種費率。計費時段的具體劃分依照地區(qū)不同而有所差異，也因白天、夜間、節(jié)假日等有所調整。目前多功能電能表一般都采用的時鐘芯片來實現(xiàn)時鐘功能。本多功能電能表的uPD75116內置一路鐘表定時器，通過軟件可實現(xiàn)日歷時鐘的功能。時鐘由抄表微機通過紅外接口進行校準。
2、 液晶顯示
復費率電能表的顯示一般采用LCD液晶顯示器，uPD75116具有集成的LCD控制器驅動模塊，從而節(jié)省了外掛的液晶驅動芯片。本電能表采用多路尋址動態(tài)掃描驅動電路來驅動LCD,減少了外部引線，節(jié)省了空間和成本，提高了可靠性。用于顯示多功能表當前的狀態(tài)、內部參數(shù)及當前的統(tǒng)計數(shù)據等。
3、 紅外接口
本地自動抄表主要采用抄表微機來完成抄表、編程工作，大大提高了抄表的準確性。本地抄表的方法為紅外抄表。由于uPD75316不具有通用的串行接口，為了實現(xiàn)與抄表器和自動抄表系統(tǒng)之間的數(shù)據傳輸，在通訊接口部分設計了軟件實現(xiàn)的紅外通訊接口。通過手持電腦完成抄表和編程，防止誤抄、漏抄，提高了抄表數(shù)據的準確性。
4、 抗干擾設計
電能表受外部環(huán)境干擾影響較大，如何提高整機的抗干擾性是產品能否在現(xiàn)場應用，能否推向市場的關鍵。本表采取如下措施：
1）在電源變壓器前裝高電感共軛濾波器，配以吸收電容，有效抑制傳導干擾。
2）采取有效的屏蔽、隔離措施和適當?shù)男盘栞斎敕椒?，以減少內外干擾的影響。
3）計算機及外圍電路與測量電路備自獨立供電，并采用光電轉換隔離措施，使測量電路地與儀表地互不關聯(lián)，可以顯著提高儀表的抗現(xiàn)場干擾的能力。
4）設計電路板時注意線的走向以及整機的緊湊，在電路和工藝設計上還可采用各種
成熟的實用抗干擾措施，例如合理布局、正確選擇接地點、弱信號傳輸線屏蔽層單端接地、 單元電路的封閉式屏蔽環(huán)等，以降低干擾水平。
5、 可靠性設計
電能表是長期在線連續(xù)運行的計量儀表，故對其可靠性和長期穩(wěn)定性有較高的要求，在設計時應予重點考慮。
本表采用集成芯片作為電路的核心部分大大，減少了外擴電路的接線和使用的元器件的數(shù)目，使整機趨于微型化，也提高了整機的可靠性。
為提高時鐘的可靠性，將時間信息進行數(shù)據備份，不定期將二者進行校對，如使用數(shù)據和備份數(shù)據不相同，就要通過抄表微機重新校正之后才能工作。
使用數(shù)據存儲容量大的EEPROM來備份RAM數(shù)據。避免由于干擾造成的數(shù)據出錯。EEPROM的數(shù)據可以保持10年以上，數(shù)據保持不需后備電源。軟件寫入EEPROM采取必要的校驗方式，保證數(shù)據的安全性。
uPD753116具有*的抗電磁干擾的能力，使數(shù)據的安全性得到進一步提高。
6、功能多樣化 除了分時計價的基本功能外，有增加了zui大需量、，脈沖輸出、紅外線抄表、漢字顯示等功能，同時還可以計量有功電能、無功電能、還可以記錄失壓、檢測負荷等。預留資源，可方便擴大功能。
三、軟件設計 軟件部分主要設計了主控程序，數(shù)據通訊程序，時鐘校正程序，按鍵識別程序，校準程序等，限于篇幅，在此不作贅述。
四、結束語：本文對一種三相多功能電能表的設計過程進行了論述，系統(tǒng)中采用了功能強大的電能測量芯片和單片機、數(shù)據通信等技術，計量電能的同時，還具有長時間存儲電能數(shù)據和遠方傳輸數(shù)據等功能?？紤]產品化的要求，進行了可靠性，抗干擾、低功耗等方面的設計。其意義在于適應電力市場的計量要求，推動電力系統(tǒng)用電商業(yè)化的發(fā)展。
您的位置：
在線交流
咨詢電話