多费率电能表设计策略分析

　　当前，由于电力供需矛盾十分突出，国家提倡能源的节约，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。电能表也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。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，大大简化了多功能表的软硬件设计。

　　图1：单相复费率电能表系统框图。

　　本单相多费率电能表采用ADI公司的ADE775X作为计量芯片，以及Microchip公司的MCU PIC16F7X作为主控芯片，系统框图如图1所示。本文主要以组成原理、模拟前端设计、主控MCU功能、PCB抗干扰设计和PCB的布线以及元器件质量对电能表精度的影响等几个方面进行讨论。

　　组成原理

　　接入线路后，电表通过分流电阻或电流互感器对信号进行采样，经放大、乘法、积分、V/F变换、分频功率驱动等电路处理，利用ADE775x输出标准脉冲，MCU(PIC16F7X)微控制处理器计量脉冲数或直接通过其SPI读取有功电量并根据预先设定的时段运算出电量在LCD上显示，并将数据结果保存到EEPROM。本表设有断电数据自动保存功能、时钟不中断等功能，采用专用POS机进行红外通讯或RS-485标准接口通讯连接，对时段、需量窗口宽度等参数设置，并可以察看分段电量和需量等，实现了单相四费率分时电能计量、预置、抄表等集线抄表网络功能。

　　模拟前端设计

　　图2给出了两种电流信号采样处理方式，一种经过电流互感器接入采样处理电路(如图2a)，另一种是经过分流电阻采样处理电路(如图2b)。本设计采用第二种方法获取电流信号，电压信号检测一般采用简单的电阻衰减网络分压获得(如图2c)。

　　图2. 模拟前端信号处理。