E甲多功能电气参数测试仪

E甲多功能电气参数测试仪摘要：本三相多功能电表采纳凌阳SPCE061A板操纵器，以高精度的三相电能专用测量芯片ATT7022A为核心测量芯片，实现对三相工频交流电三相电压、三相电流、三相有功功率、三相无功功率、总有功功率、总无功功率、功率因数、电网频率、有功电能和无功电能的测量与显示，测量精度高，且具有电压和电流相序检测、掉电储备、密码爱护等功能。

本设计还通过RS-485通讯实现远程测量、红外通信实现向掌上PDA手抄表的信息传送，并通过按键菜单和LCD 显示提供人机交互界面。

关键字：ATT7022A、SPCE061A、标准RS-485通讯、红外数据通信、LCD显示模块Abstract:The three-phase multi-function meter with Sunplus SPCE061A board controller, dedicated to high-precision measurement of three-phase electrical energy measurement chip ATT7022A core chip to realize the measurement and display of the paraments concerning three-phase AC frequency, including three-phase current, three-phase active power, three-phase reactive power, total active power, total reactive power, power factor, power frequency, active energy and reactive energy ,with high accuracy.Besides,it has phase sequence voltage and current detection, power-down storage, password protection and more features. As well,its design of communication through RS-485 remote measurements and IrCOMM Ir Communications makes the information of Palm PDA hand meter reading conveniently, and through the button menu and LCD ,the three-phase multi-function meter aslo provides man-machine interface.Keywords: ATT7022A, SPCE061A, Standard RS 485 communication, infrared data communication,LCD display module.一、系统方案设计与比较在采样系统中，通常的做法是将采集到的数据读取到MCU中，由MCU对大量的采样数据进行处理，得到电压、电流、相位、功率因数等参数。

由于大量的采样和数据运算给MCU带来专门大的负担，大大阻碍MCU处理其他问题的速度。

ATT7022是一款国产的电能计量专用芯片，比进口电路价格低廉。

除了A／D转换部分，在芯片内还集成了数据运算电路，能够大大节约测量系统主控MCU的工作负荷。

该芯片通过软件校正可将误差校正到0.5级以内，有效值测量误差小于0.1％，数据采集及处理时刻大约为1／3 s。

为了保证测量精度他的采样频率为3.2 kHz。

此芯片的接口简单，使用方便。

本系统要紧由ATT7022A电压电流测量模块、MCU数据采集处理模块、通信模块、显示模块、按键模块、电源模块组成。

1、对参数的测量运算的论证与选择：方案一：采纳两点采样法。

对正弦电压电流值相隔π/2采两组数据，并运算得各参数值，此方案增加了MCU的运算负担，阻碍了测量的速度与精度，且可能会限制其他功能的可靠实现。

方案二：采纳高精度的三相电能专用测量芯片ATT7022A作为主控芯片，该芯片适用于三相三线和三线四相制，可由内部DSP模块自动处理数据，内部寄存器直截了当提供各参数值且具有电压电流相序检测等功能，测量精度高，价格廉价，简单易行且可靠性高。

综合以上论述，选择方案二。

2、处理器的论证与选择：方案一：采纳16位单片机SPCE061A为操纵核心，其内置储备能够满足本系统所需的全部要求，适用频率范畴较大且同样具有较强的处理功能，稳固性强经济实惠。

方案二：采纳89c51处理器，但运行速度较SPCE061A慢些，在实现功能的方面，可靠性不行，且外围扩展较苦恼。

综合以上论述，选择方案一。

3、显示模块的论证与选择：方案一：采纳LED数码管显示，采纳74LS74驱动数码管动态显示，操纵比较简单但占用较多I/O口，不能实现资源的有效利用，而且只能显示一些简单的字符，显示信息量有限。

方案二：采纳LCD12864液晶显示，LCD微功耗、超薄轻小，有强大的中文字库显示的信息量大、字迹清晰，因此具有友好的人机交流显示界面，专门适合智能外表的可编程人性化显示。

综合以上论述，选择方案二。

4、红外模块的论证与选择：方案一：采纳TSOP138红外接收头，编码译码方式简单且易于实现，性能稳固，能够实现高速的传输，能实现本系统的红外数据通信的要求。

方案二：采纳HS0038能实现本系统的差不多要求，但编码译码方式较苦恼不易实现。

综合以上论述，选择方案一。

二、 差不多测量原理1、 对ATT7022的分析：本系统采纳高精度的三相电能专用测量芯片ATT7022A 作为主控芯片，其有功测量满足 0.5S/0.2S ，支持 IEC 687/1036，GB/T 17883-1999，无功测量满足 2 级、3 级，ATT7022三相电能专用计量精度专门高，适用于三相三线和三相四线应用。

ATT7022 集成了六路二阶 sigma-delta ADC 、参考电压电路以及所有功率、能量、有效值、功率因数以及频率测量的数字信号处理等电路。

ATT7022 能够测量各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量以及无功能量，同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数，充分满足三相复费率多功能电能表的需求。

2、各电路参数的运算⎰=T 02res )(T1U dt t u 电压有效值： ⎰=T 02res )(i T 1I dt t 电流有效值：S)(abs )(abs Q)(Sign PF P ⨯=功率因数：C BC A AB 3I U I U +=P 三相三线合相功率：909090Q ......3∠∠∠++=I UI UI U CCBBAA23233S Q P +=C BC A AB 4I U I U P +=三相四线合相功率：909090Q ......4∠∠∠++=I UI UI U CCBBAA24244S Q P +=⎰=dt t p E P )(:有功能量 ⎰=dt t E )(q :q 无功能量三、差不多硬件设计1、系统总体框图：MCU1SPECO61AATT7022A数据处理数据三相电流三相电压三相交流电UART串口通信MAX485通信端MAX485通信端MCU2SPECO61A键盘LCD红外通信端红外通信端MCU2SPECO61A键盘LCD图1 系统总体框图2、RS485通信：图2 MAX485电路设计RS-485是一个电气接口规范，它只规定了平稳驱动器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆和通信协议。

RS-485接口的要紧特点如下：·传输方式：差分·传输介质：双绞线·差分输入范畴：-7V～+7V·接收器输入灵敏度：±200mV·接收器输入阻抗：≥12kΩ·最大传输速率：10Mbps·最大电缆长度：4000英尺3、红外发送与接收：本系统采纳TSOP138红外接收头来接收红外信号，红外遥控是利用红外线进行传递信息的一种操纵系统，红外遥控具有抗干扰，电路简单，编码及解码容易，功耗小，成本低的优点，目前几乎所有的视频和音频设备都支持这种操纵方式。

图3 红外发送接收原理图4、12864显示和键盘模块：1）本系统采纳12864LCD液晶显示模块来显示所测得、运算出的三相电各参数。

由按键通过SPCE061A来操纵12864显示用户所需的各测量参数。

12864液晶显示，功耗低且能实现本设计中的所有要求，有专门好的人际交互显示页面。

2）本系统利用键盘操纵12864的显示内容，同时通过键盘实现电表的密码爱护功能，保证了一定的安全性和现实的灵活性。

使用键盘时应注意键盘对应MCU的引脚编号来对应进行对应的软件设计，同时注意键盘的消抖一定要对应确定的内容。

5、电源：电源由变压部分、整流部分、滤波部分、稳压部分组成。

采纳7805,7812,7905,7912稳压芯片为整个系统提供±5V或者±12V电压，确保电路的正常稳固工作。

由于rs485通信采纳光电耦合进行防干扰，因此需分开供电，这部分采纳电池。

四、差不多软件设计1、程序功能描述与设计思路：依照题目要求软件部分要紧实现键盘的设置和显示。

1）键盘实现功能：输入密码以及选择所要显示的电路参数；2）显示部分：显示电压值、频率等参数；3) 操纵485及红外可将现场的电路参数传输到操纵台；4) 若发生掉电，可通过设置flash进行掉电爱护操作。

2、主程序流程图：图4 软件设计总体框图五、硬件与软件测试1）用数字万用表分别测试每条导线，看是否导通，有无断路和短路情形，看整个系统的地线是否都接在一起，看焊接点有没有虚焊等。

2）三相高精度电压电流信号源提供电源，通过高精度多功能电能表测量各个参数与本系统测量参数进行比较，从而对系统硬件和软件等参数方面进行校正，使精度提高。

3）通过信号发生器和示波器调试RS485、红外通信的精度和速度。

六、测试结果及分析时刻：1h表2 有功电能测试表测试分析与结论：依照上述测试数据，经分析能够得出以下结论：1）能对三相工频交流电（频率波动范畴为45-65Hz）的三相电压、三相电流、三相有功功率、三相无功功率、总有功功率、总无功功率、功率因数、电网频率、有功电能和无功电能在误差承诺范畴内进行测量。

2）实现电压和电流相序检测功能，有掉电储备功能。

3）发挥部分的密码爱护、标准RS-485通讯来实现远程测量、红外通信都能够满足要求。