基于CAN總線的脈沖電表遠程抄表采集模塊研究

1、引言

脈沖電表是目前電力系統用戶側較為常見的一種電子電量表計。對于遠程電子抄表系統，要實現對脈沖表輸出脈沖的可靠、精確計量。本文研究探討了對于脈沖表可靠脈沖捕捉、脈沖計量，特別研究了脈沖電表信號輸出線路的斷線報警、掉電數據存儲等關鍵問題，并對區域脈沖表群抄表需要的現場總線進行了研究，提出用CAN 總線為數據通信的脈沖電表群的模塊化解決方案。

2、脈沖采集模塊設計

CH1 脈沖采集的主要任務是對CH2 CH3 脈沖電表輸出脈沖的實時、準確計數，CH4 是所有電量統計的基礎。脈沖采集模塊CH5 的好壞直接影響整個系統的可靠性和CH6 準確性，因此在整個抄表系統中占據著CH7重要的地位。



2.1脈沖采集板的結構

采集板的具體結構如圖1所示。主要以單片機 P87C591為核心，設計對8路電表進行數據采集，并可以將數據存入SEEROM中，另外帶有掉電保護及通信接口等模塊。

采集模塊配有電源斷電監視、數據保護功能，當監測到掉電情況時，及時在掉電前進行數據備份，防止突發斷電導致數據丟失。

2.2脈沖采集模塊的硬件設計

根據系統的設計要求，每個采集模塊完成8個電表的采集任務，需要占用單片機的 8個I/O接口。單個經過光電隔離的脈沖數據采集電路如圖2所示。



圖中D0為VCC 保護二極管，R0為限流電阻，來保護光耦中的發光二極管。C10和R10組成RC低通濾波器，D10為鉗位二極管，處理尖峰類的干擾信號。R4和R5為分壓電阻。R3為上拉電阻，起限流作用。

電表輸出的脈沖信號采用的是5V直流電。經濾波后，進入光耦，然后電阻分壓到4V的電平信號進入單片機。通過單片機P87C591的P2口來對脈沖信號進行采集，在圖2中還可以看到由于是上接上拉電阻，所以使得光耦輸出脈沖波形與電表輸出脈沖波形剛好反向。

　2.3脈沖采集模塊的軟件設計

脈沖采集的軟件設計主要處理脈沖的準確采樣，對當前時段的數據做累計處理。并且軟件設計中包括了重復檢測及防抖動的抗干擾設計。軟件流程圖如圖3。



2.4脈沖采集抗干擾措施

脈沖采集電路的抗干擾能力決定著系統的精度和所采集數據的可靠性，需要從多方面 提高系統的抗干擾能力。

2.4.1硬件抗干擾措施

從圖2中可以看到，硬件設計中主要采取了光電隔離技術、低通濾波技術。光電耦合器的輸入阻抗小，只有電流信號才能驅動發光管，因此，可以隔離來自市電系統的感應電壓及其過電壓。圖2中 RC低通濾波器，濾掉高頻信號的干擾。因為電容的電壓非突變性，結合穩壓二極管，可以將電壓鉗于一個比較穩定的值，可以抑制尖峰類的干擾，可以吸收對來自空間電磁輻射對系統輸入的干擾，也確保進入單片機的信號脈沖有完好的波形。

2.4.2軟件抗干擾措施

對輸入的脈沖進行捕捉、采集是抄表系統重要計量環節，模塊除了在硬件上采取了相應的隔離和濾波措施，在軟件設計上也采取了重復檢測和防抖動的措施，提高脈沖捕捉的準確、可靠。

數據采集在中斷程序中進行，設定定時中斷周期為 2ms，在中斷服務程序中判別 8路電表電平的狀態。對于每一路輸入信號，在收到高電平后，如連續采樣 10次均為低電平，則認為是一個有效的低電平，這時記錄該路信號的累加器加1。如在中間出現一個干擾信號，不予計數，用這種方法可以有效干擾的抑制抖動類的干擾。如圖 4所示。