单相复费率电能表

Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｖｏ１．２２，Ｎｏ．３，２００６　文章编号：１００７—７５７Ｘ（２００６）０３—００３１—０２　开发应用　微型电脑应用　２００６年第２２卷第３期　单相复费率电能表　宋　宇　摘　要：当前，电力供需矛盾十分突出，国家提儡能源的节约，尤其是电能的节约，制定措施推行分时电价和电力负荷控制装　置的应用．９５年以来全面推行分时电价，这几年也正是复费率电能表迅速发展的时期．电能表不再是简单的电能计量，而是集计　量、电能管理、事件记录、自动抄表功能于一体的高科技产品。　关键词：复费表，电能裹　中圈分类号：ＴＰ３６８．１．　文献标识码：Ｂ　ｌ组成原理与功能　接人线路后，电表通过分流电阻或电流互感器对信号进　电阻采样处理电路来获取电流信号，电压信号检测一般采用　简单的电阻衰减网络分压获得。　２．１．１　电流通道　行采样，经放大、乘法、积分、Ｖ／Ｆ变换、分频功率驱动等电路　处理，利用ＡＤ７７５５输出标准脉冲，单片机计量脉冲数，并根据　预先设定的进段，运算出电量在ＬＣＤ上显示，并将数据结果　保存到ＥＥＲＲＯＭ。本表设有断电数据ｔｔ动保存功能、时钟不　中断等功能，采用手持抄表器进行红外通讯或ＲＳ一４８５标准　接口通讯连接，对时段进行设置，并可以察看分段电量等，实　现了单相复费率分时电能计量、预置、抄表等功能。图１为电　表的组成结构图。　线路电流传感器的输出电压接到ＡＤ７７５５的通道Ｖ１，该　通道采用完全输入，ＶＩＰ为正输入端，ＶＩＮ为负输出端。这里　通道１的共模电压是ＡＧＮＤ，它是通过负载电阻的中间抽头接　到ＡＧＮＤ上的，对ＶＩＰ和ＶＩＮ上的模拟电压起到互补作用　电流传感器和负载电阻Ｒｂ的大小根据差动峰值电压而定，即　在最大负载条件下，通道１的差动峰值电压应为４７ＯＭｖ／Ｇ。图　２为ＡＤ７７５５电流通道的连接。　Ｒ一　．．！　．　Ｖ　哺　＾Ｏ帅　一　工－．ｉｔ－Ｃｔ　ｎ　．　图２　ＡＤ７７５５电流通道　２．１．２　电压通道　它是使用了电压互感器（ＰＴ），它能使ＡＤ７７５５与主电网　隔离。图３为ＡＤ７７５５电压通道的连接。　’　一　螋　中　嚏　．　。　二亨ａ　一　…毒ａ　图１复费事电能表的组成　图３　ＡＤ７７５５电压通道　２电能衷硬件系统　２．１模拟前端设计　２．２　ＲＳ一４８５和红外通讯接口　电表需要准确采集实时有功脉冲信号，产生计量脉冲信　号（采用同一信号源作为电量累计和计量，这很重要），而且需　要根据实时时钟切换费率，保存分时电量及月电量切换，按照　随着计量芯片的推陈出新，功能日益强大，不仅具有完善　的模拟采样校验功能，而且还引入了数字信号处理技术，可以　计算多个电量参数，大大简化了多功能电表的软硬件设计。本　设计采用的是ＡＤ公司的ＡＤ７７５５计量芯片。本设计采用分流　需求显示电量以及相关数据。为保证电量不丢失，还需要掉电　检测，及时保存电量。　２．２．１　ＲＳ一４８５通讯接口　以单片机为体构成的分布式数据采集和控制系统，因为　作者筒介　宋宇，辽宁工程技术大学葫芦岛校区，葫芦岛　１２５１００　・３１・　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｖｏ１．２２，Ｎｏ．３，２００６　开发应用　微型电脑应用　２００６年第２２卷第３期　其电路结构简单，工作可靠性高而被广泛应用在工业控制中。　中功率管ＵＦ￣－１．６～１．８Ｖ，大功率管ＵＦ＞２Ｖ，在驱动电压大　于红外发光管的正向压降ＵＦ以克服死区电压产生正向电流　目前广泛使用的单片机产品都集成了串行通信接口，使用串　行通信接口，通过Ｒｓ一４８５接口驱动芯片就可以构成总线型　通信网络，把多台单片机系统连接成一个分布式数据采集和　控制系统。普通的ＲＳ一４８５收发器很容易被过压）瞬变损坏，　如果要有效地加以保护，一般需外加包括隔变压器在内的保　ＩＦ．红外发光管应工作在线性区，根据实际需要选择ＩＦ的大　小以满足通讯距离的要求。　由于现在大多数红外发光二极管为球面透镜封装，红外　护器件。但若使用ｓＮ７５ＬＢｃ１８４，可直接与传输线相接而不需　要任何外加保护元件，这提供了一种可靠、低价和简单的设计　方案。本器件还具有适合于电噪声环境中的合用数据总线应　发射二极管的发射指向角较小。为改善发射光线的指向特性，　使之在较宽的偏移距离内均能正常工作，应采用多管并发的　方法　德国ＶＩＳＨＡＹ公司的ＴＳＡＬ６２００砷化镓红外发射二极　管，它为蓝灰色塑胶封装。图４为红外发射电路，振荡电路由　用的许多特点。差分驱动器设计成限斜率的，这种设计，通信　逻辑门与ＲＣ阻容元件构成，振荡频率调整在３８ｋＨｚ，当然频　偏越小越好。双管串联是为了增大发射指向角，以便使有效接　收面积扩大。在电路设计时应保证该器件接地良好，以防止线　路干扰　为了抗连续脉冲光干扰，在进行数据通讯时在发送一　个字节停顿一个字节所占用的时宽，以满足此器件的脉冲占　空比要求。　数据率仍可达２５０Ｋｂｉｔ／ｓ，并使电磁干扰减到最小，同时能减　小传输线终端不匹配引起的反射，因而可降低对传输线匹配　的要求。接收器的独特设计是当输入端开路时，其输出为高电　平，这一特性保证接收器输入端电缆有开路故障时，不影响系　统的正常工作。接收器的另一特点是输入阻抗为Ｒｓ一４８５标　准输入端电缆有开路故障时，不影响系统的正常工作。接收器　的另一特点是输入阻抗为ＲＳ一４８５标准输入阻抗的２倍（≥　２４Ｋ１２），故可以在总线上连接６４个收发器。ＳＮ７５ＬＢＣ１８４将　ＲＳ一４８５通令中各种故障（包括瞬变电压、ＥＳＤ、电磁干扰、总　线开路、热故障等）的防范措施集成到一个芯片内。　ＳＮ７５ＬＢＣ１８４不仅可以抑制瞬变电压（如雷电等），还有其它　多种故障抑制特性，是ＲＳ一４８５通信中常见故障最完全的集　成解决方案。　２．２．２红外通讯　图４红外接收器　红外通讯有着成本低廉，简单易用和结构紧凑的特点，因　②红外线接收器ＴＳＰ１８３８　此在小型移动设备中获得了广泛的应用。从应用领域来看，红　外通讯主要应用于遥控和数据通信这两方面。红外遥控的特　点为距离较近，但所传输的数据量较小，一般仅为几个至十几　个字节的控制码。而数据的红外通讯乃是最近几年刚兴起来　的较新的技术，它具有数据传输量大，传输速率高等特点，Ｉ　ＤＡ通讯协议即为此技术的一个标准，它的速度选择很宽，但　其有一个弱点即传输距离比较近，至多可达到一米。在多功能　电表中，红外遥控器需在１Ｏ米内对多功能电表实施全功能操　作。对于这种利用红外进行较远距离数据伟输而言，普通的红　外遥控或ＩＲＤＡ协议都无法满足红外通讯的要求，下面说明　一红外通讯与其它通讯方式一样，都会爱到环境条件的限　制及干扰。红外通讯的干扰源主要是白炽灯光与太阳光　红外　接收器的输出电流为Ｉ　２ｅＳＡＥｎｆ（式中ｅ一常数｝ｓ一受光强　度；Ａ一受光面积，Ｅｎ一照度ｆＦ一——带宽），上式表明，使用　带有滤光器的接收器能够减少光噪声对输出电流的影响；上　式还表明加大红外信号的受光面积和受光强度也是提高灵敏　度的有效途径。因而提高红外发射二极管的发射功率及选用　带有透镜聚集的接收器是提高抗干扰能力的有效方法。因此　选取用了德国ＶＩＳＨＡＹ公司的ＴＳＯＰ１８３８红外接收器（如图５　所示）为带滤光器的集成一体化红外接收模块，检测输出信号　可直接微处理器译码。　下红外通讯在电表应用中的两个值得注意的问题。　（１）远距离红外通讯原理　在远距离红外数据通信中，要将数据脉冲信息调制后再　驱动红外发光二极管发出红外光，经红外接收器接收调节器　制后的红外光并调节为数据脉冲才能实现数据通讯。　（２）器件的选择　在红外数据通信电路中，红外收发器件的性能是至关重　要的。现在市场上的红外收发器件无外乎应用于数据通信的　ＩＢＤＡ器件与遥控器件。鉴于ＩＢＤＡ传输距离近，成本低的特　点，在应用于远距离红外数据通信时，一般采用红外遥控器件　来实现红外通信。通过大量的对比，筛选，我们选择了　ＶＩＳＨＡＹ公司的ＴＳＡＬ６２００红外发射器和ＴＳＯＰ１８３８红外接　收器。　图５红外发射器　３结语　该复费率电能表的功能十分强大，它不仅仅具有分时计　费、计度准确、通信可靠等优点，更具务抄表方便等远程抄表　系统的功能，满足了复费率电能表的功能需要，同时性价比具　有很大的优势，正成为该市场的首选设计方案。　（收稿日期：２００５—９—２９）　①红外发射器ＴＳＡＬ６２００　当前所采用的发射器件一般为红外发光二级管，它的伏　安特性与普通相似。一般小功率管的正向压降ＵＦ＝１～１．３Ｖ，　・３２・