基于PIC單片機的電能表時鐘誤差分析儀的研究

1引 言

隨著社會的發展，用電量增大，為提高用電效率，改善用電量不均衡的現象，國內各省市的電力部門己開始全面推出了復費率電能表，計量單位對復費率電能表檢定的任務越來越繁重［1-2］。時鐘的準確性是分時計量最重要的一部分。目前的計量單位對復費率電能表時鐘檢定的方法已經逐漸不能滿足需要。為了解決目前復費率電能表時鐘檢定存在的問題，本文設計了一種基于PIC單片機的復費率電能表時鐘誤差分析儀的系統。該系統是一種便攜式時鐘誤差檢定裝置，集計時檢定，數據處理，數據傳送等功能于一體，具有快捷、準確、有效的特點。

l頻率測量原理[3-4]

系統測量頻率采用的是多周期同步測量方法，這種方法是在直接測頻的基礎上發展測量方法，在目前的測頻系統中得到越來越廣泛的應用。多周期同步法測頻技術的閘門時間不是固定的值，而是被測信號的整周期倍、即與被測信號同步，因此消除了對被測信號計數產生的±1個字誤差，測量精度大大提高，而且達到了在整個測量頻段的等精度測量。

多周期同步測量方法測量的分辨率為：



日計時誤差值：式中：Nx為對電能表的實際計數值；Ns、fs分別對應于電能表的標準值。系統最終將顯示測量的電能表頻率及日計時誤差值。

2系統構成

2．1系統硬件組成 系統主要有3部分組成：前端電路、主控回路、顯示及通訊部分。系統組成框圖如圖l所示。



當晶振工作時，會產生微弱的電磁波，且電磁波的頻率和晶體振蕩的頻率一致。系統首先采集晶振頻率信號，然后把采集到的信號通過濾波放大電路濾去高頻干擾和低頻漂移信號，同時也進行線性放大，使之變為一波形正規幅值適當的正弦信號，然后經過A／D轉換變成數字信號進入：PIC單片機處理。

系統采用一種改進的雙T型選頻網絡，在提高Q值的同時不影響其他參數變化，帶通寬度更窄，帶通效果更為顯著。具體做法是：在反饋網絡中再接一個同相輸比例運放作為雙T網絡的負載。電路如圖2所示。



A／D轉換采用的是ADS7826芯片，該芯片是雙12位，500 kHz的模擬數字(A／D)轉換器，帶有6條全差分輸入通道，這些通道分為3對，用于進行高速同步信號采集。對采樣與保持放大器的輸入是全差分的并且保持差分狀態直到A／D轉換器的輸入。這樣在頻率為50 kHz時仍可提供80 dB良好的共模抑制比，這在高噪聲環境中是非常重要的。

本系統采用的處理器是PIC16F87X系列單片機［5-7］。PICl6F87X的內部有3個計數器(Timer0，Timerl．Tim-er2)和一個看門狗定時器(watchdog timer，WDT)，這些計數器的結構與特性并不完全相同，具體到本系統使用的情況，被檢定的信號頻率的大概值為32768 Hz，基準頻率為10 MHz。因此使用單片機內部的Timer0和Timerl兩個計數器，基準頻率信號使用Timer1，被檢定的信號使用Timer0。Timer0是8位，最大計數值為256，Timerl是16位，最大計數值為65 536，各需要外接一個8位計數器才能滿足需要。采用74LS393是雙四位的二進制計數器可將計數增至24位。