基于ATMEGA32單片機之三相網絡電力儀表之研制

摘要：介紹了以低功耗單片機ATMEGA32設計之三相網絡電力儀表之設計原理、硬件組成、軟件設計、測量功能。陽光電子學校維修專家分析認為：關鍵詞:單片機;設計原理;電力儀表 Development of a multifunctional  three-phase power meter based on ATMEGA32 MCU            Ye Guo Wen(Department of Electronic Information Engineering, Lishui University , LiShui 323000,China)Abstract:This paper introduce design principle ,hardware makeup software design ,measurement principle of ATMEGA32 MCU with high performance and low power consumption , and measuring principle of a multifunctional  three-phase power meter based on ATMEGA32 MCU Keyword：MCU;design principle ;electron energy meter,0引言電能表是用來測量電路中電流在某一段時間內所消耗電能之儀表，俗稱電度表。陽光電子學校維修專家分析認為：我國是電能表生產大國，年生產能力達2億臺。陽光電子學校維修專家分析認為：目前，我國電能表之市場份額基本上是感應式與電子式六四分成，但電子式電能表呈現進一步發展之趨勢。陽光電子學校維修專家分析認為：由于電子式電能表具有數字通信接口，促使電能計量及用電管理自動化系統得到了大量使用(負荷控制系統、遠程抄表系統)，各類抄表系統之可靠性、實用性有了較大提高。陽光電子學校維修專家分析認為：隨著電能計量芯片發展和完善，使得采用電能計量芯片和MCU設計之多功能電子式電能表不僅能實現電能表之各種功能，而且具有精度高，功能擴展方便，軟件易實現等優點。陽光電子學校維修專家分析認為：可以說多功能電子式電能表是電能表現在和將來發展方向。陽光電子學校維修專家分析認為：本課題正是基于ATMEGA32單片機和ATT7022計量芯片相結合而研制之三相網絡電力儀表。陽光電子學校維修專家分析認為：1設計原理及設計要求1．1設計原理本儀表能測量所有常用之電力參數電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、頻率、功率因數和電能等參數。陽光電子學校維修專家分析認為：三相網絡電力儀表之構成如圖1所示，儀表工作時，電壓、電流信號經取樣電路分別取樣后，經電能處理專用集成電路做系列運算后，得到電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、有功電能、無功電能和頻率等實時數據，再經CPU處理后由LCD顯示。陽光電子學校維修專家分析認為：同時CPU還實現通信和控制功能。陽光電子學校維修專家分析認為：1．2設計要求1．2．1測量參數精度技術指標參數額定值范圍精度電壓AC100V0~120%0.2%AC220V電流AC1A0~120%0.2%AC5A有功/無功/視在功率__0.5%有功/無功電能__0.5%功率因數__0.5%頻率_45~60HZ0.5%測量參數電流、電壓誤差要求為0.2%，分析計量芯片ATT7022B可知：其內部集成了七路16位A/D轉換器，電流通道有效值在2mv-1mv之范圍內線性誤差小于0.5%，電壓通道有效值在10mv—1v之范圍內線性誤差小于0.5%。陽光電子學校維修專家分析認為：電壓取值在0.2V—0.6V(放大后之電壓值，我們電壓取樣信號為0.1V，電壓通道之放大倍數選4倍)，電流取值在2mV--1V，電能線性誤差小于0.1%。陽光電子學校維修專家分析認為：因此，本儀表采樣電路選用互感器（產品精度為0.1%），所用其他元件也是精密元件來滿足設計要求。陽光電子學校維修專家分析認為：從測量原理來看，測量參數精度取決于ATT7022B這一計量芯片，1．2．2主要功能特點    (1) 規格型號與脈沖常數對照表類 別參比電壓Un額定電流In有功脈沖常數三相三線3×100V2×1 (2)A10000imp/kWh2×5 (6)A10000imp/kWh三相四線3×220/380V3×1 (2)A10000imp/kWh3×5 (6)A10000imp/kWh(2)電網系統頻率：45~60Hz            (3)測量周期：1/2秒      (4)電源輸入范圍：AC85~265V/DC100~280V      (5)功耗：≤3VA(6)開關量輸入參數:無源干接點，接通電阻<500Ω，關斷電阻>500kΩ(監視電壓+12V)      (7)遙控量輸出參數:繼電器輸出（常開），負載電壓 AC250V/DC30V，負載電流<5A(8)氣候條件:正常工作溫度：-20℃~+70℃;存貯和運輸溫度：-40℃~+80℃;存貯和工作濕度：≤85％(9) 外形尺寸:96mm×96mm×84mm(10)重量：約0.4kg2．硬件系統設計

       具體硬件電路括電流、電壓輸入電路、電能處理部分(數據采集電路邏輯判斷電路) 、LCD顯示電路、按鍵輸入電路、開關電源電路、時鐘電路、RS485串行通訊接口電路、2路開關量輸出、2路開關量輸入電路等，硬件系統結構示意圖如圖1

圖1 三相網絡電力儀表硬件系統結構示意圖

2．1信號之采樣2．1．1電壓之采樣本設計采用電壓互感器PT將電網電壓(如220V)變換為采樣電壓，采用三個電壓互感器220V/0.5V(精度0.1級)，通過差分電路形式，由

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