一種串口三相電能采集設(shè)備的研制

引言

隨著智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，具備傳輸能 力的電能采集設(shè)備將會(huì)呈現(xiàn)大規(guī)模市場(chǎng)需求。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上 電能采集的設(shè)備有很多，其硬件架構(gòu)大致可分為三類(lèi)：一 種是基于通用芯片架構(gòu)，一種是基于專(zhuān)用電能計(jì)量芯片架 構(gòu)，還有一種是MCU+專(zhuān)用電能計(jì)量芯片架構(gòu)。

本文研制的三相電能采集設(shè)備基于MCU+專(zhuān)用電能 計(jì)量芯片架構(gòu)，采用MSP430 f149微處理器作為主控芯片, ATT7022B芯片負(fù)責(zé)采集三相電的電能參數(shù)。采集結(jié)果可 通過(guò)液晶屏顯示，還可通過(guò)串口發(fā)送至上位機(jī)。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖 1 所示為三相電能采集設(shè)備結(jié)構(gòu)組成圖。圖中，ATT7022B 芯片與三相電壓互感器、三相電流互感器直接相連，負(fù)責(zé)采集電能參數(shù)，具體包括三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因素。MSP430 作為主控芯片，不僅要處理鍵盤(pán)輸入、液晶屏幕輸出、串口讀寫(xiě)、還要讀取 ATT7022B 芯片采集到的數(shù)據(jù)。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 微處理器電路

本文選用 MSP430 f149 作為主控芯片，負(fù)責(zé)處理輸入、輸出、串口讀寫(xiě)、讀取 ATT7022B 芯片采集的數(shù)據(jù)等功能。它與 ATT7022B 芯片的具體硬件連接如圖 2 所示。

2.2 專(zhuān)用電能采集電路

ATT7022B 芯片是一種專(zhuān)用電能計(jì)量芯片，支持三相電電壓、電流模擬輸入，其硬件連接圖如圖3所示。其中，V1N、V1P為A相電流輸入，V3N、V3P為B相電流輸入，V5N、 V5P為C相電流輸入，V7N、V7P為N相(零線)電流輸入, V2N、V2P為A相電壓輸入，V4N、V4P為B相電壓輸入, V6N、V6P為C相電壓輸入，V8N、V8P為N相電壓輸入。

圖3 ATT7022B芯片的外圍硬件電路圖

2.3電壓互感器輸入電路

本電能采集設(shè)備支持三相電輸入，加上零線共四根線輸 入。圖4所示是其電路圖，其中JU用于連接被測(cè)量的三相電 以及零線。

圖4電壓互感器硬件連接圖

2.4電流互感器電路

本電能采集設(shè)備可支持三相電以及零線共4路信號(hào)，4路 信號(hào)穿過(guò)電流互感器，其電路圖如圖5所示，其中J,用于連 接電流互感器輸出的兩根線。

圖5電流互感器硬件連接圖

3軟件設(shè)計(jì)

本文的三相電力采集設(shè)備的軟件部分主要包括初始化(時(shí) 鐘、液晶屏、定時(shí)器、串口等)、使能各中斷向量、中斷服務(wù) 處理(鍵盤(pán)輸入、定時(shí)電能參數(shù)讀取、串口輸入輸出)程序、 LCD顯示、軟件校正。其中主程序?yàn)橐粋€(gè)死循環(huán)程序，一但遇到中斷，則處理中斷服務(wù)程序,處理完成后返回主程序繼續(xù)執(zhí)行。

4測(cè)試

實(shí)驗(yàn)方案：經(jīng)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生被測(cè)信號(hào)，測(cè)量電路中的 電壓和電流，并與本文中的三相電力采集設(shè)備測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì) 比。其中，標(biāo)準(zhǔn)輸入電壓取120 V、140 V、180 V、200 V以 及220 V，標(biāo)準(zhǔn)輸入電流取1 A、2 A、3 A、4 A，經(jīng)本電力采 集設(shè)備測(cè)量后的結(jié)果如表1所列，其中Dmax為A、B、C三個(gè) 誤差絕對(duì)值中最大的除以輸入電壓。

從表1可以看出，其測(cè)量誤差均在0.2%以?xún)?nèi)，能夠滿足 物聯(lián)網(wǎng)用電數(shù)據(jù)采集的精度要求。

5結(jié)語(yǔ)

本文以MSP430 f149作為主控芯片，超過(guò)ATT7022B芯 片采集電能各項(xiàng)參數(shù)，并可通過(guò)串口將電能各項(xiàng)參數(shù)送至上位 機(jī)。經(jīng)校正測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，該電能采集設(shè)備具有精度高、結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。目前，該電能采集設(shè)備已經(jīng)成功應(yīng)用 到校園用電監(jiān)控系統(tǒng)中，運(yùn)行狀況良好。

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