基于ARM多用戶智能電能表設計

3 系統單元電路
3．1 主控板
主控板對電流電壓信號進行32路分時采集。對采集到的數據進行數據處理，得到有功功率、無功功率，并使精度達到0．1級標準。主控板還完成與通信板和繼電器板的數據交換。能夠安全監控，提供錯誤信息，出錯保護和恢復。主控板由電源電路，A／D前置電路，數據采集電路，主CPU電路，E2PROM電路等子電路組成。
3．1．1 電源電路
電源電路采用常規的變壓器降壓供電。在變壓器輸入端，在對輸入的電網電源進行預處理，如過壓保護，過流保護，濾波。其原理框圖見圖2。

電源電路為整個系統供電，它從根本上決定了系統工作的穩定性和安全性，是系統：EMC設計的重要部分。電源電路能濾除外部電網的干擾，同時還能防止內部干擾竄人電網。提供各種保護功能，包括過流保護，輸出短路保護，輸出過載保護等。為通信板、主控板、繼電器控制板和顯示板提供穩定、充足的電源供應。當電網電壓在一定范圍內變化時，保證內部電壓的基本穩定。
3．1．2 A／D前置電路
A／D前置電路負責分時選通各路電流電壓傳感器通道，并對信號進行放大和濾波處理，再送入后面的A／D電路進行數據采集。用運算放大器實現信號放大并完成有源濾波。多路選擇器相當于多路電子開關，用8通道A／D芯片CD4051，其電阻小，帶寬大，損耗小，接通電阻小于100 Q。其原理框圖見圖3。

電流和電壓傳感器均由互感器組成，經電阻取樣后全部轉換為電壓信號輸出。為防止因傳感器損壞造成后級電路故障，對傳感器信號進行了保護處理。32路電流取樣信號分為3組，分別對應三相電的A相，B相，和C相，而三相電壓取樣信號則與三級電流取樣信號對應，由數據選擇器進行分時選通，以保證任一采樣時刻可以同時選通三相電流取樣信號和對應的電壓取樣信號。從傳感器輸出的信號一般都比較微弱，不適合進行數據采集，采用運算放大器進行放大，同時，為了防止其他干擾，還要進行濾波處理。從這一級輸出的信號達到了信號處理的要求，就進行A／D轉換。
3．1．3 數據采集電路
數據采集由AD8364完成，AD$8364是美國TI公司生產的高速、低能耗、6通道同步采樣轉換、單+5 V供電、16位高速并行接口的高性能模／數轉換器(ADC)芯片，芯片帶2．5 V基準電壓源，可用作ADS8364的參考電壓。每片ADS8364由3個轉換速率為250 kb／s(當外部時鐘為5 MIIz)的ADC構成，每個ADC有2個模擬輸入通道，每個通道都有采樣保持器，3個ADC組成2對模擬輸人端，可同時對其中的1～2對輸入信號同時采樣保持，然后逐個轉換。由于6個通道可同時采樣，系統中由電流和電壓采樣得到的6組模擬量同時進行采集。3個用于采集電流量，另3個用于采集電壓量。
3．1．4 485接口電路
在要求通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用RS 485串行總線標準。RS 485采用平衡發送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發器具有高靈敏度，能檢測低至200 mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。RS 485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發送狀態，因此發送電路須由使能信號加以控制。RS 485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應用RS 485可以聯網構成分布式系統，其允許最多并聯32臺驅動器和32臺接收器。
3．2 顯示板
顯示板OLED顯示友好界面，全面顯示用戶信息，采用485與主控板交換數據。該系統的液晶顯示器為10．4英寸，分辨率為640×480，26萬色。驅動采用FPGA內設計液晶控制電路。該系統采用Avalon LCDController的顯示控制IP模塊，可以非常方便地將其移植到Altera公司的CYCLONE系列FPGA中，占用6 000個左右的LE，能實現非常豐富的功能。