基于LonWorks技术与AVR MCU的多功能电力监控终端的设计.pdf
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1、探讨 一 交流R e s e ar ch Di s c u s s i o n 图1 P M1 0 0 D多功能电力监控终端原理框图 3 1 1 速度快 具备1 MI P S MHz 的高速运行处理能力 ;先进的 精简指令集 ( RI S C),具有3 2 个通用工作寄存器 , 可在一个时钟周期内执行一条指令来访问两个独立的 寄存器。A、 , R 单片机是用一个时钟周期执行一条指令 的,即在执行前一条指令时就取出下一条指令 ,然后 在一个周期 内执行完指令 ,是8 位单片机中第一种真 的R I S C 单 片机 。 3 1 2 A V R 片上资源丰富 带E 2 P R O M, F L AS
2、 H、 P WM, I 2 C, S P I , U S AR T , AD, An a l o g C o mp a r mo r , WD T 等; 3 1 3工作电压范围宽 ( 2 _ 7 5 5 V)、抗干扰能力强 本产品A T me g a 1 2 8 L 来完成各项监测、控制、 通信 ,包括实时读取电能计量I C中各电参数的数据并 加以处理 、读取实时时钟 、检测是否掉电、根据命令 或定时控制输出、实时检测输入状态 、对键盘信号 的读人和处理 、控制L E D 数码管和发光二极管显示输 出、与L o n Wo r k s 通信模块的数据传输、处理R S 4 8 5 接 口的通信。
3、AT me g a 1 2 8 L具 有 1 2 8 K字 节 的 系统 内可 编程 F L AS H, 因此适用高级语言的开发和较复杂系统的设 计 ; 内部4 K -: 节 的E E P O R M用于存 储有功 无功电量、 各校准参数、 以及P T 、 C T 、 DO 输出方式、 DO 输出脉冲 宽度、 电网方式、 定时时间、 超限报警门限等参数的存 储; 片内的模拟比较器用于检测是否掉电; 两个可编程 的串行US AR T , 一个用于与L O NWO RKS 通信模块通 信, 另一个用于R S 4 8 5 接口; S P I 接口用于与电测量I c 和 时钟I c 通信, 实时读取各
4、电参数及时间和日 期 ( 软件加 人防时钟异常走时处理, 当本次读取的时间与上次读 取的时间相差过大时进行自 校准处理) ; 部分通用I O 接 口 用于检测键盘输入和处理 ( 软件加入防抖动处理) 、 控 1 1 2 位数码管显示和发光二极管。 3 2 电源设计 电源是 装置 中一个非常重 要的部分, 电源性 能 的 好坏将直接影响整个装置的稳定性。 本设计中采用的 是开关电源, 它的特点是体积小 、 重量轻、 输入电压范 围宽 、 交直流通用 ( A C 8 0 2 6 5 V 、 DC 1 l 0 3 0 0 V) , 从 而使装置能适应在更广的场合使用; 由于开关电源在 电磁兼容问题有
5、其特殊性, 功率开关管在开关过程中 产生较大的传导电磁干扰和谐波干扰, 对电网和附近的 电气设备造成电磁干扰, 同时, 电网上的电磁干扰也容 易造成开关电源的异常, 因此在开关电源中增加抗干扰 和抑制干扰产生的措施是十分必要的, 如在输入端增 加共模电感, Y电容、 x电容、 在输出增加L c 滤波电路 等措施。 3 3 电测 量单元 电参数测量采用当今国际上先进的三相多功能电 能计量I c , 该I c 内嵌了高精度的模数转换器和数字信 号处理器 ( DS P ) , 具有数字积分、 数字滤波和具有众 多 实用 电能监 测 、 计 量 功能 , 简化了电力 测量 的设计 难度, 该芯片能测量
6、三相电压、 电流、 频率、 有功 无功 功率、 有功 无功电量等参数的测量; 外围电路将实测 的电压、 电流信号进行降压并隔离后将转换后的小电 压信号连接至该I c, 该I c 根据这些小电压信号就可以 得到各项的电压、 电流、 功率 、 电量等电参数的数据, A T me g a 1 2 8 L 通过S P I 接口读取各电参数的数据并加以 处理换算成实际的电参数值。 3 4 掉 电检测 电路 本设计的一些重要数据如电量、 校准参数、 P T 、 C T 、 定时等设置参数需掉电保存, 校准参数和P T 、 C T 、 定时等参数只需在数据有变化后才需要重新保存, 但 电量是实时更新的因此需
7、实时存储或掉电后保证最新 的数据能保存好 ; 如设计加入铁电存储器则可对电量 数据进行实时的存储, 但增加了成本。 而A T me g a 1 2 8 L 片内含有4 K 字节的E E P R O M, 可用于本设计的数据存 储, 但E E P R O M的擦写次数是有限的为1 0 0 0 0 0 次; 对于 校准参数和P T 、 C T 、 定时等只需在有变化时才需重新 保存的参数E E P R O M完全可行, 但对电量不能进行实 时的存储; 因此本设计加入了掉电检测电路, 该电路只 需几个分立元件成本较低。 掉 电检 测 电路 的 目的是 当发 生掉 电事 件 时及 时 的将掉电信号通知
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