新型帶軟件校表功能的單相多費率電能表的設計

引言

傳統的機械電能表，是通過磁力矩驅動鋁盤，帶計量器計量電量的。這種計量方式存在著壽命短、誤差大、需定期調試，容易竊電，現場抄表等諸多缺陷，操作的可靠性亦得不到保證，而且給城市電網的建設、規劃和分析帶來了很大困難。為了解決上述問題，具有防竊電功能的，液晶顯示的，帶有紅外通訊、485通訊的電子電能表逐漸被應用，而且將逐漸成為市場的主流。

系統組成

帶軟件校表功能的單向付費率表的系統結構如圖 1 所示。實現原理為：電網的電流和電壓信號通過分流器，被采樣芯片采樣過來，以脈沖(CF)的方式輸出給單片機，單片機通過對電能高頻脈沖CF的采集和分析，輸出電能指示脈沖信號，供脈沖燈和校表用，吧并利用CF信號，計算出采集到的電量，送到LCD驅動，在LCD上顯示，同時又寫入EEPROM；EEPROM中除了保存電量信息外，還有表號等信息，這些信息可以通過紅外和485通訊抄讀和設置，也可以在LCD上顯示。

硬件設計

硬件設計如圖1所示，分為時鐘供給模塊、數據存儲模塊、脈沖采集模塊、軟件校表模塊、掉電檢測模塊、紅外輸出模塊、485通訊模塊、電池電壓檢測模塊、拉閘控制模塊。主控芯片采用NEC單片機UPD78F0485，其基本特性如下：1.8~5.5V寬電壓供電；內部集成PLL鎖相環晶振電路，溫漂極小；低功耗，副時鐘工作的時候，功耗最低1uA；內部集成上電復位電路和低電壓檢測電路，方便做掉電數據存儲；內部集成A/D，可以做電池電壓檢測；有沿觸發外部中斷，可以采集電量脈沖；內部集成了IIC電路和兩個UART電路，方便2路通訊；并集成了2個16位定時器，2個8位定時器，通用I/O口眾多。這些資源，都是UPD78F0485被用來設計電能表的重要原因。

下面就電能表中的一些主要硬件電路的設計做一個簡要的分析。

1)485通訊電路設計：

圖2：485通訊電路結構

在電能表系統中，抄表系統在抄表的時候只有固定的集中方式：485、載波、紅外。485作為成本低、運行可靠、抄表速度快等特點，現在是抄表用的最廣泛的一種方式。圖2即為485電路的基本結構。此電路通過光耦把單片機輸出的信號，隔離輸出到3085芯片，3085芯片再把此信號轉變成差分信號送給總線。接受的信號也要通過光耦隔離送回單片機。此電路的特點是3085的RE和DE兩個引腳由一根引線一起控制，節省了單片機的一個I/O口，這種接法是有條件的，即電能表上的通訊不是絕對的全雙工。由于485電路的差分信號傳輸距離比較遠，一般布線的環境也比較惡劣，所以485線路必須有壓敏電阻進行高壓保護，而且還要有TVS管，防止瞬態的高壓干擾和遭受雷擊。

2)紅外通訊電結構：

圖3：紅外通訊電路結構