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基于ADE7755的单相复费率电能表设计

基于ADE7755的单相复费率电能表设计

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    电流通道电路中,是一个PGA可编程的差动运算放大电路,外围电路设计主要是抗混滤波器的设计,R27C19和R28C21组成两个一阶低通滤波器,滤除电流通道的高频分量。C20是通过JL1跳线来选择是否作用于系统,它是补偿电流信号本身不平衡造成ADE7755计量电能出现比较大的误差,人为造成不平衡,使得系统达到平衡的目的。

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    DVDD和AVDD通过C22、R23、R29组成的滤波电路连接在一起,同时AGND和DGND通过电感连接在一起,滤除干扰。选择内部基准电源,在基准电源输出端加上一个滤波电容C24,加强内部基准不受外界干扰。ADE7755芯片的接口电路主要是CF脚的输出脉冲和REVP脚的电能方向指示,它们是通过光藕器件和MCU电路进行隔离输出的。

    1.2.3 通讯电路部分

    DDSF系列电能表有两个通讯通道,一个是RS485通讯信道,另一个是。RS485通讯信道是用来和其他电能表组成RS485通讯网络,实现远程网络抄表;红外通讯信道是利用红外线为媒介,利用掌上抄表器进行抄表的,两个信道都是通过MCU的UART进行通讯的,判断通讯信道是一个问题。DDSF系列电能表通讯电路由红外通讯电路、RS485通讯电路、通讯信道切换电路组成,红外通讯电路完成红外通讯信道通讯的功能,RS485通讯电路完成RS485通讯的功能,通讯切换电路判断当前通讯信道的功能。

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    红外通讯电路的接收电路是由U2红外接收集成电路完成的,当外界有38k频率的红外信号时,U8通过内部接收电路的作用,在1脚输出低电平,否则为高电平。红外通讯电路的发射电路中,进行红外通讯时,HW38K端输入38K频率的脉冲信号,当TXD=1时,T3截止,HD1停止发射红外信号;当TXD=0时,T3导通,HD1加上38K频率的脉冲信号,发射红外信号,其实相当于对TXD信号进行38k脉冲调制。

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    RS485通讯电路通过3个光藕器件对单片机电路和RS485总线电路进行隔离,提高系统的干干扰能力,电路中的TVS1管并联在RS485总线A、B线两端,对电路进行瞬态保护作用,R46和R47为偏置电阻,进行网络失效保护。但是这个电路没有匹配电阻,在通讯总线设计中应根据实际情况进行匹配电路的设计。RS485通讯电路中JP2接口是要进行瞬变脉冲和静电干扰的,在设计和选择485转换芯片要特别注意这个问题。

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    通讯信道的切换电路是判断当前的通讯信道,发射通讯信道由MCU主控器保证,通讯信道切换电路主要进行接收通讯信道的判断。

    发射通讯时,当RS485通讯电路中CTRL485=1不允许发送,保证选择红外通道发送;当红外通讯电路中HW38K=1时,T2截止,不允许红外发送,保证选择RS485通道发送。

    接收通讯时,通过CD4066电子开关切换通道。当COMMSEL=0时,U4A、U4B开关断开,HWCTRL由于R48上拉到V3.9电源为高电平,U4C开关接通,红外通道RXDHW和RXD连通,选择红外通道;当COMMSEL=1时,U4A、U4B开关接通,HWCTRL为低电平,U4C开关断开,RS485通道的RXD485和RXD连通,选择RS485通道。通道切换采用抢占式,默认通道为红外通道,当RS485接收通讯开始时,起始位为0,利用MCU键盘中断功能切换为RS485通讯信道。

    1.2.4 MCU及其它相关电路部分

    MCU是选用89LPC931或922两种单片机,这部分电路由LCD显示电路、实时时钟电路、存储器和温度检测电路、ICP电路、掉电和电池检测电路等等组成。

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    实时时钟选用8025时钟芯片,它是一个I2C总线接口的芯片,MCU通过I2C总线读写8025芯片的寄存器,设置芯片的工作状态,校正当前时间和日期,同时可以设置报警时间、日期,它的I2C地址是64H。8025时钟芯片是一种低功耗、宽电压范围工作的芯片,在工作电源3V时,工作电流为0.48uA,在1.7V~5.5V正常工作,同时能够检测晶振的情况和微调晶振的频率。8025芯片应设置输出1S中的时钟脉冲信号,为了保证时间和日期工作的连续性,应保证电源不断电。

    检测温度芯片选用LM75温度检测芯片,它是一个I2C总线接口的芯片,它内部是一个11位的AD温度转换器,内部包含四个数据寄存器:配置寄存器、温度寄存器、上限温度寄存器、下限温度寄存器,MCU通过指定地址指针的方式来操作指定寄存器。LM75工作电压范围是3.0~5.5V,工作电流典型值为250uA,温度寄存器的内容是补码的形式存储的,每个数字量代表0.5℃,芯片的I2C地址是90H。

    存储器选用支持I2C总线可擦写E2PROM,型号是24WC08,存储容量为8K位,1K字节,10位地址线,其中最高2位地址是I2C地址A1A0位,因此在A2=0时,它的I2C地址为A0H、A2H、A4H,A6H。工作电压范围是1.8V~6.0V,采用低功耗CMOS技术,同时具有写保护功能,执行写操作时,在主器件产生停止信号后开始内部数据的擦写,在内部擦写过程中,器件不应答主器件的请求,因此在执行存储器写操作之后,应延时一定的时间再对存储器进行操作。

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    In Circuit Programing是在电路编程,简称ICP,是一种串行编程方式,其通过一根时钟线与一根数据线串行传输编程指令及数据,P89LPC9××芯片在ICP的过程种需要用到5个脚:PCL,PDA,Reset,VDD和VSS。ICP功能完全由MCU硬件完成,不需要外部引导。在ICP接口电路设计当中,应注意是否有外界电路对ICP有影响,否则应断开其连接。

    掉电检测电路是一个R8、R9组成的分压电路,C12用来滤波作用,提高抗干扰性能。通过MCU内部比较器,比较器内部参考电压和PWRCHK脚的电压比较,当电源电压下降到一定时,MCU比较器发生翻转,发生掉电事件。当发生掉电,由于电容的存在,MCU的电源不会马上消失,这时MCU应执行保护数据程序。

    指示灯电路包括峰指示、谷指示、通讯指示,当MCU对应脚输出低电平时,电流经限流电阻,LED,流入MCU脚,指示灯亮。

    1.3 DDSF系列电能表软件系统

    1.3.1 DDSF系列电能表主程序算法分析

    DDSF系列电能表软件系统主程序在电能表整个程序当中是最重要的部分,它是电能表的执行部分。它包括整个程序初始化部分、显示刷新处理部分、日期时间及与其相关操作处理部分、通讯帧命令处理部分、电量运算及储存部分、电量结算处理部分以及其他事件处理部分。整个程序是通过查询方式执行的,通过查询电表事件发生的条件情况,判断电能表事件是否发生,来执行相应的操作,这种执行方式只要保证CPU的执行速度足够快,是能够保证事件响应的时效性的。

    在电量处理模块算法中,它包含电量小数事件和电量整数事件,当对应类型(总峰平谷反)电量脉冲累计到0.01kWh,电量小数事件发生,电量小数加1及保存电量小数数据,当电量小数发生进位时,电量整数事件发生同时应进行电量整数部分及相关事件处理。

    在时钟和显示处理模块算法中,它包含秒事件、分钟事件、半小时事件及小时事件,秒事件是通过MCU中RTC定时器定时1S来激发的。

    在通讯处理模块算法中,它包含通讯接收帧事件和通讯发送帧事件,当程序查询到通讯接收帧完标志置位时,通讯接收帧事件发生,程序进行通讯格式的判断,如果通讯格式正确,再进行通讯地址的比较,如果通讯帧中的地址域是本机地址或广播地址,表示是对本机通讯,则程序进行通讯命令的解释及执行,同时如果要返回数据帧,置通讯发送标志,准备好发送数据帧,则通讯发送数据帧事件发生,启动发送数据。

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