基于ADE7753和ARM的電力計量裝置現場監測儀的設計

　　2.2 檢測電路

　　2.2.1 電壓、電流信號采樣電路

　　相電壓為175～240 V，但這樣大的電壓不能直接送給ADE7753進行A/D轉換。通過2個2 MΩ和1個6.2 kΩ的固定電阻及1個2 kΩ電位器分壓，得到400 mV左右的電壓采樣信號。而來自互感器的信號是電流形式的，需要經過200 Ω的電位器轉換為電壓形式的信號送人ADE7753的電流測量通道。為了將來自電力線的信號與ADE7753進行適當的隔離，在電壓電流采樣信號之間選用OP07運放組成電壓跟隨器電路。

　　2.2.2 脈沖信號調理電路

　　來自光電采樣器或電子式電能表的脈沖需要進行信號整形轉換隔離后，再送給ARM的外部中斷輸入。采用NPN三極管進行開關量的變換即可。

　　2.2.3 基于ADE7753的電能參數測量

　　ADE7753是ADI一款最新的功能先進數字電度表芯片，這是一種帶串行接口和脈沖輸出的高精度有功和視在能量計量的集成電路。它集成了二階∑-△ADCs、1個數字積分器(在CHl上)、1個參考電壓源，1個溫度傳感器，能對電壓、電流有效值(RMS)計算，有功、無功和視在能量的測量。實際上ADE7753是1個電能計量片上系統(SOC)的芯片。

　　ADE7753電路將采樣的電流和電壓模擬信號數字化，電流通道中高通濾波器(HPF)濾掉了輸人信號中的直流成分，通過數字積分器還原成電流信號。電壓信號送入電壓通道，經模/數轉換和相位校正后與調理過的電流信號相乘即可得到視在功率。電壓和電流的有效值相乘獲得有功功率。有功功率信號通過數/頻轉換由CF腳輸出，同時與電壓信號、電流信號、視在功率信號一起送入ADE7753的寄存器，與串行接口經DOUT腳輸出并連接到ARM的I/O口。ARM通過兩個片選信號選擇實現對一次、二次回路的ADE7753測量數據查詢與采集。值得注意的是，ADE7753的電流通道輸出數據較電壓通道更穩定。這點可以從圖2中ADE7753的測量流程可看出，其電流通道中多了HPF環節和數字積分器環節。因此，在對一次回路測量時將電壓信號加在第1個ADE7753的電壓通道，而將二次回路的電壓信號加在第2個ADE7753的電流通道。實際上，由于一次、二次回路的電壓都是相電壓220 V，這樣取第2個7753電流通道的輸出值作為相電壓的測量值會更加精確。可看出，選用2片ADE7753實施單相電力計量裝置的監測，不僅可以同時測出一次、二次回路各項參數，且可獲得更高的精度。這對提高儀表整體的精度等級是很有意義的。

　　2.3 時鐘電路

　　為了開機后實時顯示日期及時鐘，并在打印輸出結果時給出時間信息，采用時鐘芯片DS1302設計日歷電路。而為了掉電后仍能保持時鐘，配備3.6 V鋰電池。同時，時鐘可用于對ADE7753輸出高頻脈沖CF進行電能計量。

　　2.4 微型打印機與電源

　　選用煒煌微型熱敏打印機，其內置字庫，與ARM處理器的通信接口為并行接口。要注意的是，打印機對電源的功率及紋波有一定要求，因此選用了DC/DC隔離模塊為其供5 V電源。整機電源考慮到寬電壓變化范圍及方便攜帶的要求，沒有選擇變壓器線性穩壓電源，而是選擇了AC/DC開關電源。

　　3 控制器設計

　　3.1 控制器選擇

　　監測儀選用一款成熟的ARM7內核處理器S3C44B0X實現。作為嵌入式控制器，S3C44B0X的任務是完成人機界面的控制，實現矩陣鍵盤輸入檢測，開機動畫顯示、功能菜單、數據及曲線顯示、電子說明書以及圖片幻燈展示等豐富的交互功能。這些復雜的鍵盤操作要與對應顯示畫面配合完成，若選擇單片機作為控制器，程序編寫復雜，調試難度也增加。而選擇ARM通過操作系統可實現移植，可簡化這部分工作，且界面操作也更流暢。

　　3.2 基于S3C44B0X的μC/GUI嵌入式系統軟件移植

　　選用μC操作系統進行嵌入式系統軟件設計。μC/GUI是一種嵌入式應用中的圖形支持系統。它為任何使用LCD圖形顯示的應用提供高效的獨立于處理器和LCD控制器的圖形用戶接口，適用單任務或是多任務系統環境，并適用于任意LCD控制器和CPU下任何尺寸的真實顯示或虛擬顯示。μC/GUI的設計架構是模塊化的，由不同的模塊中的不同層組成，由一個LCD驅動層來包含所有對LCD的具體圖形操作，μC/GUI可以在任何的CPU上運行，因為它是100%的標準C代碼編寫的。μC/GUI作為源代碼開放的圖形系統，則可提供包括豐富的二維繪圖庫、多字體及可擴充字符集、Unicode、位圖顯示、多級RGB(Red，Green，Blue)及灰度調整、動畫優化顯示、具有Windows風格的對話框和預定義控件(按鈕、編輯框、列表框、進度條、單選多選框、滑動條等)。而且對鍵盤、鼠標、觸摸屏等輸入設備和雙LCD輸出的支持，目前在具有圖形界面的嵌入式測控系統中得到廣泛地應用。

　　4 結 語

　　綜上所述，系統基于2片電能計量芯片ADE7753，特別是利用ADE7753電流通道精度高、穩定性好的特點對電壓進行采樣，實現了對計量裝置的一次及二次回路的同時在線測量，可以提高儀表的整體精度。通過對綜合誤差、電表誤差及互感器誤差等關鍵計量參數進行實時監測，可使電力管理部門及時校對計量裝置的誤差，防止竊電現象發生。并且基于ARM處理器，通過μC/GUI嵌入式操作系統的移植，使得人機界面操作部分的實現更容易，功能更強大，操作也更加人性化。