电能计量芯片CS5460及其应用
电能计量芯片CS5460及其应用
1. 概述
CS5460是CRYSTAL公司最新推出的带有串行接口的单相双向功率/电能计量集成电路芯片。与目前在电子式电度表应用中广泛使用的 AD7750和AD7755（见《国外电子元器件》1999年第3期文章）相比较，CS5460增加了以下功能：
●具有片内看门狗定时器（Watch Dog Timer）与内部电源监视器；
●具有瞬时电流、瞬时电压、瞬时功率、电流有效值、电压有效值、功率有效值测量及电能计量功能；
●提供了外部复位引脚；
●双向串行接口与内部寄存器阵列可以方便地与微处理器相连接；
●外部时钟最高频率可达20MHz；
●具有功率方向输出指示。
这些增加的功能更加便于与微处理器（MPU）接口，并能方便地实现电压、电流、功率的测量和用电量累积等功能。
2. 基本结构与技术指标
2.1 内部结构
CS5460内部集成了两个△-∑A/D转换器、高、低通数字滤波器、能量计算单元、串行接口、数字-频率转换器、寄存器阵列和看门狗定时器等模拟、数字信号处理单元,其内部结构框图如图1所示。
2.2 引脚排列及功能
CS5460的引脚排列如图2所示。各引脚的功能如下：
1脚XOUT：晶体振荡器输出；
2脚CPUCLK：CPU时钟输出；
3脚VD+：数字电路电源正极；
4脚DGND：数字地；
5脚SCLK：串行时钟输入；
6脚SDO：串行数据输出；
7脚CS：片选；
8脚NC：空脚；
9脚VIN+：差分电压正输入端；
10脚VIN-：差分电压负输入端；
11脚VREFOUT：参考电压输出；12脚VREFIN：参考电压输入；
13脚VA-：模拟地；
14脚VA+：模拟电源正极；
15脚IIN-：差分电流负输入端；16脚IIN+：差分电流正输入端；17脚PFMON：电源掉电监视输出；18脚NC：空脚；
19脚RESET：复位输入；
20脚INT：中断输出；
21脚EOUT：电能脉冲输出；
22脚EDIR：功率方向指示输出；23脚SDI：串行数据输入；
24脚XIN：晶体振荡器输入。
2.3 主要技术指标
●差分电压输入范围：150mV；
●温度系数：＜60ppm/℃
●功率消耗：＜10mW；
●电能计量精度：在300∶动态范围以上每秒读取0.1％;
●电压测量精度：读数的0.1％;
●电流测量精度：读数的0.1％;
●瞬时功率测量精度：读数的0.1％。
3. 串行接口及其操作
3.1 串行接口
CS5460的串行口包括4条控制线：CS、SDI、SDO、SCLK，如果片选CS直接与逻辑0相连接，则只需要3条线就可以完成串行口的操作，通过实验还发现，如果将串行数据输入SDI和串行数据输出SDO连在一起，同样可以进行串行通读，而且仅需要两条接口线，这对于使用AT89C1051和 AT89C2051的系统是极为有利的。
一个数据的传输总是从向串行接口的SDI发送8位命令开始的，当命令中包括一个写入振作时，在其后的24个SCLK周期内，串口将持续从SDI引脚读入串行数据。当发出一个读取命令时，串口将根据
发出的命令，在其后的 8、16、24个SCLK周期从SDO引脚上串行输出寄存器内容。图3所示为读寄的时序。
3.2 内部寄存器分配
CS5460内部集成了包括偏置寄存器、增益寄存器、脉冲速率寄存器和参数寄存器等16个寄存器，还集成了串行口发送寄存器、串行口接收寄存器和一个命令解释状态机，这些寄存器用来完成对CS5460的设置、采集数据的存储和串行输入输出的控制，CS5460内部寄存器分配图如图4所示。
在系统初始化或复位后，CS5460内部寄存器初始化为以下状态:配置寄存器：0X000001
偏置寄存器：0X000000
增益寄存器：0X400000
脉冲速率寄存器：0X0FA000
周期计数寄存器：0X000FA0
时基寄存器：0X800000
状态寄存器：0X000001
屏蔽寄存器：0X000000
有符号寄存器：0X000000
无符号寄存器：0X000000
3.3 命令解释及操作
对CS5460的操作是通过向其传输命令字来实现的， CS5460提供了寄存器的读/写和校准控制等在内的7个操作命令，所有的命令长度均为1个字节（8位）。命令状态机在SCLK 的上升沿解释8位命令字，它将命令字解释为公认的标准，同时为数据的传输作好准备。本文仅以寄存器读/写命令为例加以简要说明，详细内容请参考CS5460用户手册。
寄存器读/写命令：
这个命令通知状态机需要对寄存器进行访问，在8个SCLK时钟周期内，地址寄存器的读取被加载到输出缓冲区，在第24个SCLK时，写人数据被传输到输入缓冲区。
其中：W/R：写入/读取控
0=读取寄存器
1=写入寄存器
RA0～RA4：寄存器地址位
4.CS5460的应用
4.1 电度表
CS5460可以用来测量瞬时电流、瞬时电压、瞬时功率、电能以及电压和电流的有效值，测量结果将以 24位有符号或无符号形式存储在内部寄存器中，另外，CS5460还提供了电能计量脉冲输出端口EOUT和功率方向端口EDIR，因而可以方便的与步进电机计数器连接构成简单的电度表。当晶振的频率为 4.096MHz，分频比为1，且两个转换器的直流输入皆为最大值时，输出脉冲的频率与脉冲速度寄存器的频率相同。
图5所示为一个典型的电度表电路，它的基本电流有效值Ib=20A，相线电压有效值V=220V（50Hz），计量常数K=500imp/kWh，假定量大电流有效值为Imax=100A，最大电压有效值为Vmax=300V，根据CS5460的差分电压输入和差分电流输入最大值为150mV的技术指标，则电流和电压通道互器的变比Ki、Kv分别1/10000和1/20000。
当选取电流互感器二次侧最大电流为10mA时，二次侧取样电阻R1的值应为15Ω。
4.2 由CS5460构成的分布式电能计量控制系统
目前我国高校学生公寓普遍采用限电措施来控制学校电能利用，公寓管理社会化后，限制学生用电净改为鼓励学生安全用电，从而将采用限制安全功率、限制基本电费、超量收费的形式。为了适应市场的需要，我们采用 CS5460设计了分布式电能控制系统，实现了公寓用电管理的分散控制和集中管理。图6是由 CS5460构成的分布式电能计量控制系统图。该系统的特点是：
●单线（或电力载波）传输，减少了工程施工量和线路造价。
●前端采用AT89C2051系列单片机和CS5460芯片，实现了功率、电流、电压栓测和电能计量等功能，性能价格比高，运行稳定可靠。
●采用RS485（或CAN总线）通讯标准，传输距离远，易于组网。
●可对用电功率、电流、电量进行集中临界测和控制。
多功能电能表计量应用的现状与展望
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/4f15592430.html, 多功能电能表计量应用的现状与展望 作者：靖丽丽 来源：《中国科技博览》2013年第21期 [摘要]由于应用领域扩大，电力系统对电表不断提出新的技术要求。现有的三相多功能表性能和品质，都不能完全适应电力系统的需求。如何将三相多功能表技术水准推向一个新的高度，是我们共同关注的课题。 [关键词]电能表技术分析 中图分类号：TM933.4文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0115-01 近年来随着电力系统对智能化电能表的需求量迅速增长。智能化电能表已不仅仅作为一个简单的电能计量器具，而是一个多功能的数据采集终端。与传统的机械表相比，采用电子计量原理的多功能电能表具有高精度、多参数测量、谐波功率电能计量等优势。但是现有的多功能电能表其性能和品质尚不能完全满足电力用户的要求，因此如何正确把握计量用电能表技 术发展趋势，全面采用网络化技术、自动抄表技术、数据管理技术，使电能计量进一步向系 统化、网络化、高可靠性方向发展，将多功能电能表技术水准推向一个新的高度，无疑是电力行业特别关注的问题。 1 新型电能表新技术特点 （1）高精度、长寿命计量准确度为0.1%的有功电能计量，超过IEC在线计量的最高准 确度要求，其误差曲线的带宽为+/-0.05%；0.2S 级三相基波表，具有分相的2—50次谐波有功功率计量；0.2S级长寿命的电网关口表，具有电能质量计量模块。（2）高速率、实时测量交流采样速率为256点/周波，记录周期最短为10毫秒；电能质量计量：63次谐波、电压闪变、故障录波78微秒的瞬变，供电可靠性指标的记录为 99.9999999%。（3）开放式、高速率通信技术应用。（4）三相电能计量专用芯片。采用低频滤波法计量谐波无功功率的三相计量芯片，高位∑-△A/D，负荷动态范围1000：1，线性度0.1%，具有温度测量功能，片上接口可直接与微分电流互感器连接；精度优于0.1%的三相 SOC单芯片，21位2阶∑-△A/D，32位可编程的电能量计算引擎，负荷动态范围2000：1，片内集成：高速8051单片机、硬实时钟、LCD 驱动电路、看门狗电路、定时器、多种存储器、多种通信接口等。 2 我国电能表技术现状 国产电子式三相多功能表技术开发起步较晚，近几年，注重吸收国际计量技术与管理经验，强化自主开发，取得了许多新的技术成果： 2.1 三相多功能表
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315kVA及以上计费用户，100MW以上发电机(发电量)、发电厂(大型变电所)厂用电、所用电和供电公司内部用于承揽查核的计量点，查核有功电量平衡的100kV及以上的送电线路计量设备。 Ⅳ类：用电负荷容量为315kVA以下的计费用户，发供电公司内部经济方针剖析，查核用的计量设备。 Ⅴ类：单相供电的电力用户计费用的计量设备(住所小区照明用电)。 计量办法 中国如今高压输电的电压等级分为500(330)、220和 110kV。配备给大用户的电压等级为110、35、10kV，配备给广阔中小用户(居民照明)的电压为三相四线380、220V，独户居民照明用电为单相220V。 供电局对各种用户计量办法有3种： (1)高压供电，高压侧计量(简称高供高计) 指中国城乡遍及运用的国家电压规范10kV及以上的高压供电体系，须经高压电压互感器(PT)、高压电流互感器(CT)计时。电表额外电压：3times;100V(三相三线三元件)或3times;100/57.7V(三相四线三元件)，额外电流：1(2)、1.5(6)、3(6)A。核算用电量须乘高压PT、CT倍率。10kV/630kVA受电变压器及以上的大用户为高供高
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设计第一步，订定目标 在IC设计中，最重要的步骤就是规格制定。这个步骤就像是在设计建筑前，先决定要几间房间、浴室，有什么建筑法规需要遵守，在确定好所有的功能之后在进行设计，这样才不用再花额外的时间进行后续修改。IC设计也需要经过类似的步骤，才能确保设计出来的芯片不会有任何差错。 规格制定的第一步便是确定IC的目的、效能为何，对大方向做设定。接着是察看有哪些协定要符合，像无线网卡的芯片就需要符合IEEE802.11等规範， 不然，这芯片将无法和市面上的产品相容，使它无法和其他设备连线。最后则是
确立这颗IC的实作方法，将不同功能分配成不同的单元，并确立不同单元间连结的方法，如此便完成规格的制定。 设计完规格后，接着就是设计芯片的细节了。这个步骤就像初步记下建筑的规画，将整体轮廓描绘出来，方便后续制图。在IC芯片中，便是使用硬体描述语言（HDL）将电路描写出来。常使用的HDL有Verilog、VHDL等，藉由程式码便可轻易地将一颗IC地功能表达出来。接着就是检查程式功能的正确性并持续修改，直到它满足期望的功能为止。 ▲32bits加法器的Verilog范例。 有了电脑，事情都变得容易 有了完整规画后，接下来便是画出平面的设计蓝图。在IC设计中，逻辑合成这个步骤便是将确定无误的HDL code，放入电子设计自动化工具（EDA tool），让电脑将HDL code转换成逻辑电路，产生如下的电路图。之后，反
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电能计量现代化管理和新技术应用研究 发表时间：2018-05-15T09:20:04.680Z 来源：《电力设备》2017年第34期作者：吴德立 [导读] 摘要：对于一个电力企业的发展来说，电能计量工作是整个企业在发展过程中的核心问题，电力企业需要引起高度重视。 （国网安徽省电力公司灵璧县供电公司 234200） 摘要：对于一个电力企业的发展来说，电能计量工作是整个企业在发展过程中的核心问题，电力企业需要引起高度重视。随着社会的发展，电力市场竞争越来越激烈，电力行业要想占有一席之地，就应当对我国电能计量管理现状进行深入了解，在了解到管理工作不当会带来严重后果之后，再进行相应的发展。另外还应重视该技术的推广应用，以促使我国电力行业的顺利发展。基于此本文分析了电能计量现代化管理和新技术应用。 关键词：电能计量；现代化管理；新技术；应用 1、电能计量管理的工作内容 对于一个电力企业的发展来说，做好电能计量管理工作，在一定程度上是影响着该电力企业的发展的。根据我国当前的电能输送要求，科学合理地开展电能计量装置管理工作是一项很重要的工作。电能计量装置管理工作的进行，需要注重科学化和规范化，在保证电能计量质量的同时，还要提高电能计量的工作效率。对于一个电力企业来说，正确地开展电能计量装置管理工作，有利于记录电能数据，同时也为我国的电能输送行业提供了工作的质量保障。 2、我国电能计量管理的现状 对于该技术应用现状的分析，主要是：首先是系统的核心方面，电能计量集抄技术的核心主要有两部分构成，即集中器和采集器，二者的功能主要是对系统中所涉及的数据进行采集、汇聚。在系统运行过程中，主控站向集中器和采集器发布命令，接受到命令的集中器和采集器便开始对相关数据进行依次抄收和储存，然后将储存好的数据传输到主控站。就目前集中器的功能来看，除了具备电话线接口和RS485接口之外，还具备一定的数据采集、远程监控和异常信息记录功能。 其次是系统的可靠性，这里所说的可靠性主要指的是系统通讯信道的可靠性。为了从根本上确保系统的可靠性，该系统在对数据通讯方式进行选取的时候，通常都会对能够影响系统可靠性的因素进行全面分析，最后根据分析结果，选取最佳的数据通讯方式。由于当前应用于电力系统的数据通讯方式侧重点不同，因此，技术人员应该根据系统实际需求，对数据通讯方式进行科学选择。目前，应用最广泛的则要属载波抄表技术。 最后是电能表的分类，就目前电能表的分类来看，主要可以分为两大类，即机电脉冲式电能表和电子式电能表。目前应该比较广泛的应属后者，该种类型的电能表主要是利用乘法器来完成对电功率的测量，其优势在于能够全面、系统的对各项数据进行收集，且脉冲输出可以直接读取。可以预见，在未来的时间里，电子式电能表必然会得到更好的发展，从而更加广泛的应用于电力系统中。 3、优化电能计量现代化管理的措施 3.1、加强电能计量的信息化管理 供电企业中的电能计量管理关系着很多个方面，在信息化时代下电能计量也应该逐渐实现信息化管理。电能计量的信息化管理主要是利用计算机和网络技术进行的，其在电能装置，计量设备和电能实抄分析、器具检定和管理系统综合利用等方面对电能计量和抄表系统的情况和计量信息进行分析和转换，从而实现电能计量的现代化和信息化。这种信息化和现代化管理的实现，使得电能计量管理更加的适应电网商业化的需求，也能够利用计量和抄表等功能，对各类电能信息进行分析，从而查找出用电情况不合理的现象，从而分析出计量装置所导致的误差，以此来核对电能计量的准确性，从而能够及时从中查出问题，为供电企业的电能计量管理提供依据。 3.2、规范操作行为 电流企业需要对电能计量设备的操作行为进行规范，制定完善的管控方案，明确各类工作的规范要求，及时发现其中存在的问题，采取有效措施解决问题。在此期间，相关部门需要及时发现电能计量设备在使用中的问题，采取有效措施解决问题，例如工作人员在实际操作中，经常出现位置错误的问题，导致电能计量准确性逐渐降低。因此，需要规范工作人员的行为，要求其在实际工作中，转变传统的工作形式，利用科学的操作方式提高工作准确性。 3.3、创新管理措施 电力企业的诸多工作在进行过程中，都需要按照国家的法律法规来办事，电能计量工作越来越趋向于科学化和合理化。电能计量工作在发展进行的过程中，要确保客户和企业都能够得到利益满足，国家应该建立正确的措施计划，国家应该出台相关的法律法规为我国的电力企业的发展作出制度保障。同时，如果要使电力企业能够得到更好的发展，就要开发科学合理的电力企业的管理平台，只有好的设备、好的技术、好的管理方式才能够促进我国电力企业平稳的运行与发展。 3.4、强化人才队伍建设，提高计量管理能力 应加大资金投入，强化计量基础设施建设，如计量装置的更新换代，信息系统的优化升级，选用先进的计量手段和管理技术等，其中提高工作人员的专业水准尤为关键。提高他们的业务素质和职业道德水平，树立正确的责任意识和奉献精神，建立一支具有高素质、科学化、专业化的电能计量管理队伍。随着各种新技术的不断发展和使用，特别是智能化、数字化设备的应用和普及，原来旧有的计量设备不断的被淘汰和代替，计量管理人员不仅要主动的接受业务培训，还要坚持加强自己的业务学习，使自己能够熟练运用信息管理系统，不断学习新型装置的工作原理和技术操作，以及先进的管理技术等，以此提高工作效率和质量。 4、电能计量新技术的推广应用 4.1、大客户负荷管理系统 随着计算机技术和自动化技术的快速发展，大客户负荷管理系统的兴起与使用才逐渐广泛。此系统建立在传统负荷管理系统的基础上，是实现客户用电的自动采集、分析和处理的系统。大客户负荷管理系统是通过对自动控制和计算机网络技术的应用来实现其目标，是通过管理终端来对用户的用电负荷进行管理。这个系统还具有灵活性，可以根据电网当时的负载进行控制。当整个电网处于用电的高峰时期时，就采用控制工业用电的方式来进行控制，以保证居民的电量充足。当整个电网恢复非高峰时期时，再放开对工业用电的控制。 4.2、地网电能量计量遥测系统 在我国的变电站中，绝大部分都使用着很多生产于不同厂家的电能表，故而在选择变电站遥测系统的过程中，应该尽量选用抄表通道
电能计量芯片
电能计量芯片 ADE7755是ADI公司生产的一款用于电能计量的芯片，其技术指标超过了IEC1036规定的准确度要求[7]。它将有功功率的信息以频率的形式输出。在50 / 60Hz 输入信号时都能满足IEC687 / 1036标准规定的测试精度要求，在1000：1的输入动态范围内，测试误差小于0.1%。其功能框图如图3.1所示，实物图如图3.2所示。 图3.1 ADE7755功能框图 图3.2 ADE7755芯片实物图 3.1 ADE7755的特点 ADE7755 应用了过采样ADC和DSP相结合的技术，对温度的敏感度很低，即使在很高的环境温度下也能维持较高的测试精度。ADE7755只在ADC和基准源中使用模拟电路，所有其他信号处理（如相乘和滤波）都使用数字电路，这使其在恶劣的环境条件下仍能保持极高的准确度和长期稳定性。
其主要特点如下： （1）工作温度范围－40～85℃。 （2）低阈值启动，启动电流小于 0.2%Ib。 （3）低成本 CMOS 工艺。 （4）片内设有电源监控电路。 （5）片内带有防潜动功能（空载阈值）。 （6）片内带有抗混叠滤波器。 （7）+5V 单电源、低功耗（典型值 15mW）。 （8）具有负功率或错线指示功能。 （9）5V 单电源工作，正常工作时芯片功耗 30Mw。 （10）1Vpeak-peak 的最大模拟信号输入范围。 （11）电流通道具有 1/2/8/16 四种增益选择，以便灵活选用不同大小的锰铜采样电阻。 （12）2.5V 片内高精度参考电压源，绝对偏差小于!4%，温漂小于!20ppm/℃。 （13）片内基准电压 2.5V±8%（温度系数典型值 30ppm/℃）,能为外部电路提供基准。 （14）带有电源电压检测功能，当电源电压降低到 80％VDD 时芯片自动复位。 （15）灵活的模拟信号输入电路，既可单端输入也可全差分输入并且输入共模电压可在 0V 和2V 之间选择，由管脚 SCOM 控制。 （16）有功功率平均值从 ADE7755 引脚 F1 和 F2 以频率方式输出，且F1、F2能直接驱动步进电机。 （17）有功功率瞬时值从引脚 CF 以较高频率方式输出,能用于仪表校验;逻辑输出引脚 REVP 能指示负功率或错线;FI 和 F2 能直接驱动机电式计度 器和两相步进电机;电流通道中的可编程增益放大器（PGA）使仪表能使 用小阻值的分流电阻。 3.2 ADE7755工作原理 ADE7755内部拥有两个16位的二阶∑-△模数转换器，这两个ADC对来自电流 和电压传感器的电压信号进行数字化，过采样速率达900KHz。AD7755的模拟 输入结构具有宽动态范围，大大简化了传感器接口(可以与传感器直接连接)，也
电子设计常用芯片
741 运算放大器 2063A JRC杜比降噪 20730 双功放 24C01AIPB21 存储器 27256 256K-EPROM 27512 512K-EPROM 2SK212 显示屏照明 3132V 32V三端稳压 3415D 双运放 3782M 音频功放 4013 双D触发器 4017 十进制计数器/脉冲分配器4021 游戏机手柄 4046 锁相环电路 4067 16通道模拟多路开关 4069 游戏机手柄 4093 四2输入施密特触发器 4098 41256 动态存储器 52432-01 可编程延时电路 56A245 开关电源 5G0401 声控IC 5G673 八位触摸互锁开关 5G673 触摸调光 5G673 电子开关 6116 静态RAM 6164 静态RAM 65840 单片数码卡拉OK变调处理器7107 数字万用表A/D转换器74123 单稳多谐振荡器 74164 移位寄存器 7474 双D触发器 7493 16分频计数器 74HC04 六反相器 74HC157 微机接口 74HC4053 74HCU04 六反相器 74LS00 与门 74LS00 4*2与非门 74LS00 四2与非门 74LS00 与门 74LS04 6*1非门 74LS08 4*2与门 74LS11 三与门 74LS123 双单稳多谐振荡器 74LS123 双单稳多谐振荡器 74LS138 三~八译码器 74LS142 十进制计数器/脉冲分配器74LS154 4-16线译码器 74LS157 四与或门74LS161 四2计数器 74LS161 十六进制同步计数器 74LS161 四~二计数器 74LS164 数码管驱动 74LS18 射频调制器 74LS193 加/减计数器 74LS193 四2进制计数器 74LS194 双向移位寄存器 74LS27 4*2或非门 74LS32 四或门 74LS32 4*2或门 74LS374 八位D触发器 74LS374 三态同相八D触发器 74LS377 74LS48 7位LED驱动 74LS73 双J-K触发器 74LS74 双D触发器 74LS85 四位比较器 74LS90 计数器 75140 线路接收器 75141 线路接收器 75142A 线路接收器 75143A 线路接收器 7555 时钟发生器 79MG 四端负稳压器 8051 空调单片机 8338 六反相器 A1011 降噪 ACVP2205-26 梳状滤波视频处理 AD536 专用运放 AD558 双极型8位D-A（含基准电压）变换器AD558 双极型8位D-A（含基准电压）变换器AD574A 12比特A/D变换器 AD650 AD670 8比特A/D变换器（单电源）1995s-2、15 AD7523 D-A变换器1994x-125 AD7524 D-A变换器1994x-126 AD7533 模数转换器1994x-141 AD7533 模数转换器1995s-184 ADC0804 8比特A/D变换器1995s-2、20 ADC0809 8CH8比特A/D 1995s-2、23 ADC0833 A/D变换4路转换器1995s-2 ADC80 12比特A/D变换器1995s-2、8 ADC84/85 高速12比特A/D变换器1995s-2 AG101 手掌游戏机1993x-155 AM6081 双极型8位D-A变换器1994x-127 AMP1200 音频功放皇后1993s-104 AN115 立体声解码1991-135 AN2510S 摄象机寻象器1994x-109 AN2661NK 影碟机视频1995s-45
电能计量基础及新技术 郭艳娟
电能计量基础及新技术郭艳娟 摘要；随着社会的发展和科学技术在电能计量领域的广泛应用，我国的电网建 设规模不断扩大，对电能有了更高的要求。为满足人民群众对电能的需求，实现 企业和社会的经济效益，电能计量中新技术的应用，不仅提高了电能计量的工作 效率，而且提高了电能计量的准确性。文章通过对我国电能计量基础及新技术在 电能计量中的应用现状进行分析，提出一些意见和建议。 关键词：电能计量；基础；智能技术；应用 电能计量是否精准有效，直接关系到人们的切身利益，关系到社会稳定发展，更直接影响着电力企业的经济效益，为了更好地提高供电效益，提升电网应用能力，就需要通过现代化智能建设，使电力运营更加科学有效，在当前发展常态下，计算机应用技术已经得到了普遍推广，电力运营也要引入互联网思维与方式，精 确嫁接到各个流程环节，充分发挥智能技术优势推动电力行业发展。可以说，智 能技术是时代的必然，也是社会的迫切需求，在对电能计量中应用能够得到良好 的开发，智能应用是当前我国电网改革需求。本文首先从电能计量装置管理及智 能电表的应用情况介绍了电能计量相关基础知识，随后通过对新技术在电能计量 中的应用做详细分析探讨，进一步提出提高电能计量管理水平的方法措施。 1电能计量装置管理及智能电表介绍 1.1电能计量装置管理 对电能计量进行管理包括：计量方案的确定；计量器具的选用、订货验收、 抽检、周期轮换、周期检定、耐压走字、检修、保管、报废；电能计量装置的数 据安全与闭锁；电能计量装置的线路设计及审查、设备安装及竣工验收；现场运 行维护巡视，现场接线检查。现场误差检验，故障处理，查获跨越或围绕计量装 置实施的窃电事件；异常电量的退补计算；电能计量资产及账务管理；电能计量 数据的分析与统计；有时还要涉及到与电能计量有关的失压计时器、失流计时器、防窃电器，电能量抄核收计费系统，远方集中抄表系统，变电站的自动监测系统 等相关内容。 在供电公司，以上内容牵涉到的工种或班组有：客户代表、营业接洽、资产 采购、用户配电装置设计审查及施工、反窃电稽查大队、装表接电工、电能表校 验工、电能麦修理工、计量内外勤工、互感器校验工、计量器具资产管理员、电 能计量数据统计员、用电监察员、营业普查员、计量微机管理员、电量电费抄核 收入员、变电运行人员等等。 1.2智能电表介绍 （1）智能电表的应用 智能电表主要采用了电子集成电路的设计，不论在使用性能上还是操作功能 上智能电表都具有极大的优势它不仅体积小的特点、还可以进行远程操控、有效 防止窃电、及时预付用电费用等功能，而且可以通过修改智能电表的控制软件中 参数，来实现对智能电表各种使用功能的控制。智能电表还具有功耗低、精度高、过载和工频范围广等优越性。 智能电表应用主要包括：电能的计量；用户用电极限需求量的预测；）用电 数据的管理；电能表运行异常的监控；智能化需求侧管理；提高配电网负荷预测 的准确性的应用；费用控制功能的应用；）服务电力客户等。 （2）智能电表的分类及功能 目前，从全国范围来看，按照智能电表的结构不同，上大致可分为机电一体
IC设计流程以及各个阶段使用的工具
IC设计流程以及各个阶段使用的工具 IC设计流程 前端设计（也称逻辑设计）和后端设计（也称物理设计）并没有统一严格的界限，涉及到与工艺有关的设计就是后端设计。 1.规格制定 芯片规格，也就像功能列表一样，是客户向芯片设计公司（称为Fabless，无晶圆设计公司）提出的设计要求，包括芯片需要达到的具体功能和性能方面的要求。 2.详细设计 Fabless根据客户提出的规格要求，拿出设计解决方案和具体实现架构，划分模块功能。 3. HDL 使用硬件描述语言（VHDL，V erilog，HDL，业界公司一般都是使用后者）将模块功能以代码来描述实现，也就是将实际的硬件电路功能通过HDL语言描述出来，形成RTL（寄存器传输级）代码。 4.仿真验证 仿真验证就是检验编码设计的正确性，检验的标准就是第一步制定的规格。看设计是否精确地满足了规格中的所有要求。规格是设计正确与否的黄金标准，一切违反，不符合规格要求的，就需要重新修改设计和编码。设计和仿真验证是反复迭代的过程，直到验证结果显示完全符合规格标准。仿真验证工具Synopsys的VCS，还有Cadence的NC-V erilog。 5.逻辑综合――Design Compiler 仿真验证通过，进行逻辑综合。逻辑综合的结果就是把设计实现的HDL代码翻译成门级网表netlist。综合需要设定约束条件，就是你希望综合出来的电路在面积，时序等目标参数上达到的标准。逻辑综合需要基于特定的综合库，不同的库中，门电路基本标准单元（standard cell）的面积，时序参数是不一样的。所以，选用的综合库不一样，综合出来的电路在时序，面积上是有差异的。一般来说，综合完成后需要再次做仿真验证（这个也称为后仿真，之前的称为前仿真），逻辑综合工具Synopsys的Design Compiler。 6.STA Static Timing Analysis（STA），静态时序分析，这也属于验证范畴，它主要是在时序上对电路进行验证，检查电路是否存在建立时间（setup time）和保持时间（hold time）的违例（violation）。这个是数字电路基础知识，一个寄存器出现这两个时序违例时，是没有办法正确采样数据和输出数据的，所以以寄存器为基础的数字芯片功能肯定会出现问题。STA工具有Synopsys的Prime Time。 7. 形式验证 这也是验证范畴，它是从功能上（STA是时序上）对综合后的网表进行验证。常用的就是等价性检查方法，以功能验证后的HDL设计为参考，对比综合后的网表功能，他们是否在功能上存在等价性。这样做是为了保证在逻辑综合过程中没有改变原先HDL描述的电路功能。形式验证工具有Synopsys的Formality。前端设计的流程暂时写到这里。从设计程度上来讲，前端设计的结果就是得到了芯片的门级网表电路。 Backend design flow ： 1. DFT Design For Test，可测性设计。芯片内部往往都自带测试电路，DFT的目的就是在设
微流控芯片检测方法及其在畜牧兽医上的应用
动物医学进展,２０１９,４０(５):１１５Ｇ１１９ P r o g r e s s i nV e t e r i n a r y M e d i c i n e 微流控芯片检测方法及其在畜牧兽医上的应用 一收稿日期:２０１８Ｇ０２Ｇ２７ 一基金项目:国家重点研发计划项目(２０１６Y F D ０５００７０７);河南省科技厅基础与前沿研究项目(１６２３００４１０１６６ )一作者简介:陈凯丽(１９９１－) ,女,河南郑州人,硕士研究生,主要从事动物寄生虫学研究.?通讯作者陈凯丽,刘珍珍,王朋林,郑一玲,菅复春? (河南农业大学,河南郑州４５０００２ )一一摘一要: 微流控芯片是以微米尺度对被检测流体样品进行操作为特点的技术,与传统的检测方法相比,具有样品消耗少二速度快二效率高等优势.近年来,基于该技术已开发出很多方便快捷的检测方法,例如毛细管电泳二质谱检测二免疫检测二电化学检测二光学检测等.随着畜牧养殖业的规模化和集约化发展,动物疾病对畜牧业的影响日益加大.因此,早期快速检测动物疫病病原具有重要的社会效益和经济价值.论文就几种常用微流控芯片检测方法及其在畜牧兽医领域的应用进行综述,以期为动物疾病诊断提供参考.一一关键词: 微流控芯片;检测方法;畜牧兽医;应用中图分类号:S ８５３．２１ 文献标识码:A 文章编号:１００７Ｇ５０３８(２０１９)０５Ｇ０１１５Ｇ０５ 一一人类基因组计划的提前完成在很大程度上有赖于美国P EB i o s y s t e m s 公司研制出的高效毛细管自动测序仪,同时也向人们展示了先进检测技术的重要性.微流控芯片(m i c r o f l u i d i c c h i p )检测技术与传统的分析仪器比较,具有使用成本低二样品体积小二 灵敏度高二易于和其他技术设备集成以及良好的兼 容性等显著优势[ １] .该技术是在数平方厘米的芯片上对化学或者生物样品进行操作和检测的一种生物芯片技术,可以完成样品的预处理二分离二稀释二混 合二化学反应二检测以及产品的提取等所有步骤[ ２Ｇ３ ].因其独特的优势,无论在基础研究还是产品的开发方面都受到国际上的广泛关注,目前在生命科学等诸多领域都得到了广泛的应用,本文主要概述了几种常用的微流控芯片检测方法及其在畜牧兽医检测中的应用. １一微流控芯片技术的发展简介 微流控芯片技术也叫芯片实验室(l a bo na c h i p ,L O C ),是一种以在微米尺度空间完成对化学或生物样品的常规化学和生物实验室功能为主要特 征的技术平台[４] ,简单地说就是在便携设备上甚至 是邮票大小的芯片上实现常规分析实验室所能承担 的功能.该技术是由瑞士学者在１９９０年提出[５] , 但是当时并没有得到人们的关注,发展前景不是十分明朗.直到１９９４年美国橡树岭国家实验室对芯片 毛细管电泳的进样方法进行改进[６] ,使其性能和实 用性得到了很大的提高,这在很大程度上促进了微流控芯片技术的发展.在２００４年被美国B u s i n e s s ２．０杂志列为 改变未来的７种技术之一 .微流控芯片检测技术虽然在我国的研究起步较 晚,由于科研工作者的不断探索,也得了一定的成就.方肇伦院士率先在国内开展微流控分析系统的研究,发起并组织的 沈阳国际微流控学学术论坛 显著推动了微流控学在我国的发展.林炳承作为我国微流控芯片领域的推动者,其所著的?图解微流控芯片实验室?一书为该领域的研究提供了相应的参考依据. ２一微流控芯片不同检测方法及其在畜牧兽 医中的应用 一一微流控芯片的检测方法主要涵括毛细管电泳二质谱检测二免疫检测二电化学检测及光学检测.２．１一毛细管电泳 毛细管电泳(c a p i l l a r y e l e c t r o p h o r e s i s ,C E )又称高效毛细管电泳(h i g h p e r f o r m a n c ec a p i l l a r y e l e c Ｇt r o p h o r e s i s ,H P C E ),是依据样品中各种组分的浓度不同和分配行为上的差异来实现分离的继高效液相 色谱之后又一新型的液相分离技术[ ７] .雄性激素是调控动物繁殖行为的主要因子,而睾酮作为雄激素中最重要的激素不仅能够促进副性腺功能还能刺激 精子,对于多胎动物具有十分重要的作用.H u a n g Y 等[８] 将微流控芯片毛细管电泳与化学发光检测器 相结合,在最佳条件下仅需３０s 即可准确的检测出 睾酮,这为调控动物的繁殖行为提供了快速有效的
第五章 电能计量方式
第五章电能计量方式 本章重点讲述单相和三相有功电能以及无功电能的计量方式和适用范围。电能计量包括单相、三相三线和三相四线制电路中有功电能和无功电能的计量。测量电路中电能表除了直接接入式的以外,还有经互感器接入的，即电能表和互感器的联合接线。 第一节单相有功电能的计量 单相交流电路有功功率的计算公式为 图5－1所示为测量单相电路有功电能的接线。电能表的电流线圈或电流互感器的一次绕组必须与电源相线串联,而电能表的电压线圈应跨接在电源端的相线与零线（中线)之间。电流、电压线圈标有黑点“＊”的一端(称为电源端）应与电源端的相线连接。当负载电流I和流经电压线圈的电流I U，都由黑点这端流入相应的线圈时,电能表的驱动力矩M Q可由相量图得到，即 因此，按此接线电能表可以正确计量电能。 如图5－2所示，若有一个线圈极性接反,例如电流线圈极性接反时，则流入电能表电流线圈中的电流方向与图5-1中的相反,产生的电流磁通方向也相反,在这种情况下,电能表的驱动力矩为
驱动力矩为负值,导致电能表反转。 如图5-3所示的电能表接线，电压线圈跨接在负载端时，电能表测量的电能包括负载和电压线圈消耗的电能。当用户不用电时,由于电能表的电流、电压线圈中仍有电流存在，使电能表产生转动，这种现象称为正向潜动。在实际中这种接线是不被采用的。
第二节三相有功电能的计量 一、三相三线制电路有功电能的测量 (一）三相电路中的功率 如图５-4所示，三相三线制电路的负载可以连接成星形和三角形两种接线。由交流电路的理论得知,无论三相电路对称与否。三相电路的瞬时功率ｐ总是等于各相瞬时功率之和，即 当负载连接成星形时,则三相电路的瞬时功率p为 式中u各相电压的瞬时值； i各相电流的瞬时值。 根据基尔霍夫第一定律，三相三线制电路中有
数字电路常用芯片应用设计
74ls138 摘要： 74LS138 为3 －8 线译码器，共有54/74S138和54/74LS138 两种线路结构型式，其中LS是指采用低功耗肖特基电路. 引脚图： 工作原理： 当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。利用G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成32 线译码器。若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。 内部电路结构：
功能表真值表： 简单应用：
74ls139： 74LS139功能: 54/74LS139为2 线－4 线译码器,也可作数据分配器。其主要电特性的典型值如下：型号54LS139/74LS139 传递延迟时间22ns 功耗34mW 当选通端（G1）为高电平，可将地址端（A、B）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。若将选通端（G1）作为数据输入端时，139 还可作数据分配器。 74ls139引脚图：
引出端符号： A、B：译码地址输入端 G1、G2 ：选通端（低电平有效） Y0～Y3：译码输出端（低电平有效74LS139内部逻辑图:
74LS139真值表： 74ls164: 164 为8 位移位寄存器,其主要电特性的典型值如下：54/74164 185mW 54/74LS164 80mW当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QA －QH）均为低电平。串行数据输入端（A，B）可控制数据。当A、B任意一个为低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下Q0 为低电平。当A、B 有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在CLOCK 上升沿作用下决定Q0 的状态。 引脚功能： CLOCK ：时钟输入端CLEAR：同步清除输入端（低电平有效）A，B ：串行数据输入端QA－QH：输出端 (图1 74LS164封装图)
电能计量芯片CS5460及其应用
电能计量芯片CS5460及其应用 1. 概述 CS5460是CRYSTAL公司最新推出的带有串行接口的单相双向功率/电能计量集成电路芯片。与目前在电子式电度表应用中广泛使用的 AD7750和AD7755（见《国外电子元器件》1999年第3期文章）相比较，CS5460增加了以下功能： ●具有片内看门狗定时器（Watch Dog Timer）与内部电源监视器； ●具有瞬时电流、瞬时电压、瞬时功率、电流有效值、电压有效值、功率有效值测量及电能计量功能； ●提供了外部复位引脚； ●双向串行接口与内部寄存器阵列可以方便地与微处理器相连接； ●外部时钟最高频率可达20MHz； ●具有功率方向输出指示。 这些增加的功能更加便于与微处理器（MPU）接口，并能方便地实现电压、电流、功率的测量和用电量累积等功能。
2. 基本结构与技术指标 2.1 内部结构 CS5460内部集成了两个△-∑A/D转换器、高、低通数字滤波器、能量计算单元、串行接口、数字-频率转换器、寄存器阵列和看门狗定时器等模拟、数字信号处理单元,其内部结构框图如图1所示。 2.2 引脚排列及功能 CS5460的引脚排列如图2所示。各引脚的功能如下： 1脚XOUT：晶体振荡器输出； 2脚CPUCLK：CPU时钟输出； 3脚VD+：数字电路电源正极； 4脚DGND：数字地； 5脚SCLK：串行时钟输入； 6脚SDO：串行数据输出； 7脚CS：片选； 8脚NC：空脚； 9脚VIN+：差分电压正输入端； 10脚VIN-：差分电压负输入端；
11脚VREFOUT：参考电压输出；12脚VREFIN：参考电压输入； 13脚VA-：模拟地； 14脚VA+：模拟电源正极； 15脚IIN-：差分电流负输入端；16脚IIN+：差分电流正输入端；17脚PFMON：电源掉电监视输出；18脚NC：空脚； 19脚RESET：复位输入； 20脚INT：中断输出； 21脚EOUT：电能脉冲输出； 22脚EDIR：功率方向指示输出；23脚SDI：串行数据输入； 24脚XIN：晶体振荡器输入。 2.3 主要技术指标 ●差分电压输入范围：150mV； ●温度系数：＜60ppm/℃
电能计量基础及新技术 吴国华
电能计量基础及新技术吴国华 发表时间：2018-07-02T11:51:15.430Z 来源：《电力设备》2018年第9期作者：吴国华 [导读] 摘要：在电力系统中，电能计量是电力生产、销售以及电网安全运行的重要环节，发电、输电、配电和用电均需要对电能进行准确测量。 （国网吕梁供电公司山西吕梁 033000） 摘要：在电力系统中，电能计量是电力生产、销售以及电网安全运行的重要环节，发电、输电、配电和用电均需要对电能进行准确测量。电能计量的技术水平和管理水平不仅影响电能量结算的准确性和公正性，而且事关电力工业的发展，涉及国家、电力企业和电力客户的合法权益。因此，搞好电能计量工作具有十分重要的意义。 关键词：电能计量；新技术；应用 一、电能计量基础——智能电表介绍 把电能表、与其配合使用的互感器以及电能表到互感器的二次回路连接线统称为电能计量装置。电能计量技术是由电能计量装置来确定电能量值，为实现电能量单位的统一及其量值准确、可靠的一系列活动。 目前更换智能电表是国家电网公司响应党中央节能减排政策，推进经济社会低碳发展、提高居民生活品质的重要举措之一。智能电表比居民以往使用的机械电表具有多种智能功能，可以实现远程抄表、分段计量、实时查询、为用户节约用电供数据参考、指导客户合理用电等操 智能电表的测量精度高、稳定性好、可靠性好、过载能力大、功能更丰富、具备远程采集功能等特性，是智能电表优于机械电表的“过人”之处。 智能电表利用电子原件测量电能，较机械电表启动电流小，灵敏度、精确度更高。因此，例如电动剃须刀、收音机等小负荷用电器过去在机械电表上难以被计量的“隐形用电”，在智能电表上就会被灵敏“捕捉”，从而被准确计录，其直观表现是电量有所增加，但有效堵塞了电量的流失。 另外，机械电表的检定周期为3年至5年，而智能电表则需5年至10年才检定一次，因此，其使用可靠、稳定，增强了用户用电的可靠性和稳定性。 智能电表还具有储存、分时计时等功能，为未来实现“分时电价”提供技术基础。将来，延边地区将有望实现“分时计时”，即按用电高峰、低谷等时段的用电量计量，分别按不同价格标准计电费，届时，智能电表将通过相关设置而“分时计时”，从而分时计价，让用户尽享实惠。 智能电表为数字显示，可轮流显示电表号、时间、用电量等信息，手动按钮还可以查询用户自家的用电情况，其计量误差较额定标准大大降低。 二、发展电能计量新技术的背景 1. 顺应新能源发展的方向 当今世界经济和能源正处在变革和转型之中，清洁化、低碳化、高效化是能源发展的大势所趋，节能减排、积极发展新能源成为各国能源战略转型的核心内容。 在新能源发展的进程中，电力工业扮演着越来越重要的作用，电网行业更当仁不让地充当起“领跑者”的角色。风能、太阳能等可再生能源发电具有间歇性、随机性、分布性等特点，大规模接入后对电网运行会产生较大的影响。而这种问题在我国尤为突出。 通信条件较差、用电性质复杂、受外界影响较大，其随机性、间歇性、无规律性等特点对计量的准确、可靠、公平、公正以及计费的合理合法、及时准确、安全可靠提出了新的更高要求。 为了支撑新型能源的推广应用，有必要加快开展新型能源的计量计费技术的研究，提出一套切实可行的技术方案，为新型能源计量计费提供强有力的技术支撑。 2. 自动化发展的要求 随着公司加快推进采集系统建设，大规模安装应用智能电能表，对计量检定工作的质量效率提出了更高的要求。 公司系统现有的计量管理模式，客观上造成了管理标准、技术标准、工作标准不一致，标准设备配置参差不齐，生产和仓储设施建设差异大，统一配送范围受限，资源相对分散，工作效率较低，运营成本较高，难以保证检定标准和检定结果的高度一致，难以满足智能电能表快速推广应用的需求，难以满足公司“集团化运作、集约化发展、精益化管理、标准化建设”的更高要求。 智能电能表的计量准确性和质量既关系到“用电信息采集系统”建设的成败，通过开展智能电能表可靠性研究，完善可靠性评价技术，提高电能表可靠性，保证使用寿命和平均无故障时间达到设计要求是用电信息采集系统建设中必须考虑的问题。 通过分析影响电能表可靠性的主要因素，提出有针对性的改进措施，提出延长电能表寿命的技术解决路线，提高电能表可靠性和使用寿命，为电力用户用电信息采集系统建设和投资决策提供技术支持，确保投资收益；同时，通过提高电能表制造行业可靠性管理水平，改进电能表制造工艺，促进电能计量行业技术水平的提高，带动电能表制造产业发展。 三、电能计量的新技术 电力市场主体趋向多元化，人们的法律意识、服务意识逐渐增强，对计量准确性、可靠性以及计量服务水平提出了更高要求。 （1）用电信息采集 用电信息采集是在推广智能电表的同时供电企业同步建设的电力客户用电信息采集系统。是对各类电力客户的用电信息实施采集、处理和实时监测的系统，是建设智能电网的重要组成部分，是为客户提供双向互动服务的基础。该系统有助于提高抄表质量、统计用电数据、提升供电企业的社会服务能力。 ①可以随时获得用户的运行数据，用电信息采集系统不但可以随时查看客户的实时电能表示数，还可以查看客户的电流、电压以及负荷情况。另外，还具备查看历史用电数据功能。供电企业可以随时了解用户用电需求，用户也可以随时随地查询用电情况，实现了用户与供电企业之间的互动。 ②减少了抄表人员的现场工作量，提高了工作效率，过去采用人工抄表，抄表人员要挨家挨户上门抄表，如遇家中无人现象得反复前