专用芯片ATT7022C的电参数测量模块设计

2011-11-26 09:00:35来源: 互联网
引言
    随着国家经济的快速发展,各行业对能源的需求量越来越大。煤炭、石油等不可再生资源的大量消耗使得存储量越来越少,能源短缺必将会影响国家经济的发展。而煤炭、石油的开采又会耗掉大量的电能,特别是石油的开采,抽油机经常会出现“空抽”的现象,大量的电能被耗费。因此,提高用电的效率和质量是缓解能源危机的一种方式,这就需要对电网运行状况进行实时监测。为了获得电网的电参数信息,本文采用电能计量芯片ATT7022C结合ARM微控制器设计电参数测量模块。该模块可以使用液晶实时显示数据,也可以把采集的电参数传输到上位机来对电网的状况进行实时监测。

1 ATT7022C芯片介绍
    ATT7022C芯片是钜泉光电科技(上海)有限公司推出的一款高精度三相电能专用计量芯片。它适用于三相三线和三相四线的接线方式,其内部结构框图如图1所示。该芯片集成了7路二阶sigma-delta ADC,参考电压电路以及包括功率、有效值、功率因数、能量等的数字信号处理电路。芯片内置温度测量传感器,提供基波有功、基波无功校表脉冲输出;还具有ADC采样数据缓存功能,缓存长度为240,可以实时保存原始采样数据。同时芯片还支持单通道、双通道和三通道的同步采样功能,供用户进行采样数据的分析。芯片提供一个SPI接口与外部MCU进行数据传递,外部控制器只需要通过SPI总线对各寄存器进行读写操作,就可以得到三相电参数的值。为了得到精确的电参数数值,必须进行校表操作。芯片支持纯软件校表,经过校正的仪表,有功精度可高达0.5级,无功精度可达2级。

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2 电参数测量模块设计方案
    电参数测量模块的总体结构框图如图2所示。模块主要由电参数实时测量、LCD显示、存储、与上位机通信等部分组成。LCD液晶主要用来显示电压、电流、耗能、功率因数、时间、温度等参数。模块采用RS485总线或无线组网传输的方式把测量的各种电参数传输到上位机,对电网的运行状况进行实时的监测。

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    模块设计的目标是以较低能耗实时测量、显示电参数,并能够与上位机进行通信。这就要求处理器的运行速度要快、功耗要低。LPC2138芯片可以满足这个要求。它有2个SPI、I2C接口、多达47个可承受5 V电压的通用I/O口,以及带有独立电源与时钟源的实时时钟模块。
    电能计量芯片复位时内部的能量寄存器将复位为0。如果发生意外断电,芯片中能量寄存器中的值将会丢失,设计时选用AT24C02芯片保存能量寄存器的值。在软件程序设计中,当负载消耗1度电或其他数据量的时候刷新一次存储器。
    实时时钟采用ARM系统与外接电池共同供电的方式,当系统意外断电时,时钟模块可由外部电池供电,保证时钟的正常运行。值得注意的是,实时时钟初始化时,第一次把准确的时间写到时钟芯片后,时钟就开始正确地运行,然后应当把程序中的时钟初始化函数去掉,把整个程序再加载一遍。否则,模块每次复位都会对时钟初始化一次,这样时钟就不能正确地运行了。

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关键字:ATT7022C  LPC2138  软件校表

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/1126/article_4050.html
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