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多功能电能表的研究与设计(三)
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多功能电能表的研究与设计(三)
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多功能电能表的研究与设计(三)
多功能电能表的研究与设计(三)毕业论文范文介绍开始:
第三章 智能电表系统设计及EMC试验
3.1电能表的整体框架
本文采用智能电表专用MCU和专业电能计量芯片的方案,设计全功能多用途的单相智能电能表软硬件平台,然后根据不同用户的需要进行合理的配置。整个项目框架统筹考虑,功能采用模块化搭配,主要模块包括:计量模块、主控模块、时钟模块、液晶驱动模块、红外通信模块、485通信模块、载波通信模块和卡控制模块等。具体硬件设计时主板总体上分为计量模块,控制部分与电源模块,将强电与弱电隔离,计量芯片脉冲输出与MCU光耦隔离。
智能电能表工作时,电流、电压经传感器件采集后转换为采样信号,经过滤波处理后送入计量芯片相应引脚,计量芯片将能量信号转化为脉冲信号且光耦隔离后送到MCU,进行电量脉冲采集、电量累计和各项计算分析处理。同时MCU还需控制液晶显示、RS485或载波通信、继电器控制等。电能表采用带有温度补偿电路时钟芯片,数据安全性上采用冗余设计[9]。
图2 电表硬件系统架构
3.2控制芯片
FM3308是上海复旦微电子股份有限公司发布的增强型电能表专用MCU芯片,该芯片具有8位51MCU内核、大容量程序存储器和RAM,集成硬件实时时钟和液晶LCD驱动电路,具备UARTS通信接口 、7816协议等多种通信接口,三路硬件串行接口分别用于红外、485抄表和电力线载波通讯,两路7816接口用于ESAM和IC卡,I2C接口用于外接EEPROM存储芯片。电能表基于FM3308专用芯片设计能最大限度地简化外围电路,在保证整体功能的前提下降低开发成本。芯片内置,因此不需另外增加实时时钟芯片和液晶驱动芯片,这样可大大降低系统成本,简化外围电路设计。FM3308芯片内的高频振荡器精度可达8MHz±0.5%,满足智能电表使用要求[10]。
图3 FM3308芯片框架
3.3计量模块
计量芯片采用锐能微2014年量产的单相多功能零线防窃电芯片RN8209D。RN8209D具备两路电流和一路电压输入,支持采样零线电流的防窃电能表的计量芯片,能够测量有功功率、有功能量、无功功率、无功能量,并能同时提供两路独立的有功功率和有效值、电压有效值、线频率、过零中断等,可以实现灵活的防窃电方案[11]。
其特点如下:
1.计量
有功电能误差在8000:1动态范围内<0.1%,支持IEC62053-22:2003标准要求;无功电能误差在8000:1动态范围内<0.1%,支持IEC62053-23:2003标准要求;
提供两路电流和一路电压有效值测量,在1000:1动态范围内,有效值误差<0.1%;提供一路脉冲频率发生器,可用于对用户自定义功率进行电能量累加积分
提供三路ADC的瞬时采样值。
2.软件校表
电能表常数(HFConst)可调;
提供増益和相位校正;
提供有功、无功、有效值Offset校正;
提供小信号校表加速功能;
提供配置参数自动校验功能;
提供UART接口,波特率固定为4800;
具有电源监控功能;
具备电能寄存器定时冻结功能;
UART的RX输入引脚同时具备管脚复位功能;
以V/3.3V电源供电,功耗典型值为15mW@5V、8mW@3.3V;
内置1.25V±1%参考电压,湿度系数典型值5ppm/℃,最大15ppm/℃。
根据RN8209D的数据手册以及众多产品的设计经验,在满足相关国家标准的情况下,设计的RN8209D计量模块的电路原理图如图。由图可知,该部分电路主要是RN8209D电源部分的相关滤波工作以及为其搭配上3.579545MHz的晶振,确保芯片稳定可靠工作。
图4 RN8209D原理图
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