具有远程抄表功能的数字电度表的研究?

来源:盐城工学院电气工程系(江苏盐城 作者:吕曙东2009年05月22日 20:35
[导读] 【摘 要】 介绍了一种以单片机AT89C52为基础的可实现计算机网络远程抄表的数字电度表,该表采用电力载波通信方式,是一种新型的电功率计。
关键词:电度
【摘 要】 介绍了一种以单片机AT89C52为基础的可实现计算机网络远程抄表的数字电度表,该表采用电力载波通信方式,是一种新型的电功率计。
    关键词:电力载波 远程抄表 数字电度表
  
1 引 言
  作为通信技术的一个应用领域,电力载波通信技术用现有交流电源线作通信线路,省去不切实际的铺线工程,具有通道可靠性高、投资少见效快、与电网建设同步等无法比拟的优越性,现已成为电力系统应用最为广泛的通信手段。本文介绍一种以单片机AT89C52为基础的采用电力载波通信方式实现远程抄表的数字电度表,它能实现各个电力用户用电量的自动记录、传送等功能 ,使得在供电局抄表中心便能查询用电情况,自动抄收用户电表数、计算电费等,由此带来的经济效益及社会效益都将非常可观。
2 系统简介
   系统总结构简图如图1所示。
                            
  电网进户线通过稳压电路(7805)产生+5V和+10V两种直流工作电源,以满足本系统中不同集成电路的需要,同时AD7751开始电功率计量,产生一个与实功率信息成正比的频率,输入到AT89C52进行脉冲计数,再通过专用modem芯片ST7537将功率信息以电力载波方式送回电网来实现远程抄表,并驱动数码管显示功率读数,其功率信息存放于外部存储器M93C46中以防掉电后数据丢失 。系统故障保护部分由光耦MOC3063和电磁继电器组成,当AT89C52因故停止工作时,电磁继电器自动切断电源,保证电度表不会出现漏计电现象。
3 系统工作原理(硬件设计)
  系统电气原理图如图2所示。



3.1 CPU及外围电路
  AT89C52是ATMEL公司生产的MCS-51系列单片机,内置8K字节电擦除可编程EEPROM片内程序存储器和256字节RAM,片内程序存储器空间能满足本系统程序存储之需要,可省去片外EPROM程序存储器和地址锁存器,使电路结构简捷。
  P1.3口作片外串行EEPROM存储芯片的片选信号,P1.2口输出时钟信号,P1.1口输出操作命令或向EEPROM送写数据,P1.0口为数据输入端,P1.4口为光耦MOC3063控制端,P0口为数码显示LED段选控制端,P2.0~P2.4口为位选控制端,P2.5~P2.7口分别与ST7537的RX、/相联进行数据通信控制,XTAL1时钟输入端接至ST7537的MCLK时钟输出端,RESET接至ST7537的RSTO复位输出端。P3.4口计数器T0输入端接至AD7751的F1低频率输出端进行脉冲计数。
  存储单元采用电擦除可编程存储器M93C46,其片内有64×16位串行存储单元,具有在线改写数据功能,在本控制电路中用来存储用户所用电量。
  系统的故障保护部分由光耦MOC3063和电磁继电器组成。
3.2 功率计量(AD7751)
  AD7751是一种高精度的带有片内故障检测的电量测量IC,电源线路电压传感器的输出端接到AD7751的电压通道V2P、V2N。从电流传感器输出的电压接到电流通道V1A、V1B,其内部的两个ADC将电流和电压传感器送来的信号数字化。AD7751计算两个电压信号(通道1和通道2上的)的乘积,然后低通滤波这个乘积以提取实功率信息。
  AD7751的低频率信号输出是通过累加这个实功率信息产生的,这个低频率信号本来就意味着在输出脉冲间长时间的累加,所以这个输出频率正比于平均实功率,这个平均实功率信息可以依次被累加(例如通过一个计数器)以产生能量信息。
  AD7751主要管脚的功能:
  高通滤波器(HPF)选择,在功率计量应用中HPF必须被使能。
  V1A、V1B:通道1(电流通道)的模拟输入。这两个输入端是全差分电压输入。
  V2P、V2N:通道2(电压通道)的输入端。
    VIN:差分电压输入V1A和V1B的负输入脚。 
   CLKIN、CLKOUT:外部时钟输入端,对规定的工作来说时钟频率是3.58MHz。
  F1、F2:低频率逻辑输出端,F1和F2提供“平均实功率”信息。
3.3 数据通信(ST7537)
  ST7537是SGS-THOMSON公司专为电力线载波通信而设计的家庭自动化modem芯片,它除有一般的modem芯片的信号调制解调功能外,还针对电力线应用加入许多特别的信号处理手段,目前,在国内电力线载波抄表领域应用广泛。其调制解调技术是FSK方式,最高波特率达到了2400bps。ST7537通过一个外部激励、一个变压器和能量主线相联接,载波频率为132.45kHz。
  ST7537主要管脚的功能:
  RX/:接收或发送方式选择输入端,RX/=0时为发送工作方式,RX/=1时为接收工作方式。
  :看门狗输入端。
  PABC、功率放大器输出端。
  :数据检测输出端。 
  TXD:传送数据输入端。
  RXD:接收数据输出端。RSTO:复位输出端。
  RAI:接收模拟信号输入端。
  ATO:模拟信号输出端。
  MCLK:时钟输出端。
  AVDD:内部模拟电源电压+10V。
  DVDD:内部数字电源电压+5V。
  我们设计的ST7537与220V电力线的接口电路简单实用,性价比高,其电路见图2所示的电气原理图。
4 控制软件的设计
  该系统软件由主程序和中断程序组成,软件流程图如图3和图4示,主机以点名方式与各分机进行通信,主机向电网送分机地址,各分机从电网读得并判别是否是本机地址,如果是,则送计量结果及故障状态。
               
               
                    
  限于篇幅,本系统初始化程序略。
5 结束语
  该数字电度表测量精度高,性能稳定可靠,不但可以取代老式的齿轮式电度表,还可以实现计算机网络远程抄表及高效数据管理,是现代供配电管理不可缺少的用户电功率计,是老式电度表的替代产品,市场前景广阔。


  参考文献

1 蔡菲娜.单片微型计算机原理和应用.杭州:杭州大学出版社,1996
2 何立民.单片机应用系统设计.北京:北京航空航天大学出版社,1990
3 余永权.单片机应用系统的功率接口技术.北京:北京航空航天大学出版社,1992
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