基于電能芯片和AT-Mega16單片機的單相電表計量設計

通訊處理模塊是電能表系統與外界通訊的模塊,這是依據國標規程編寫的一個軟件模塊。該模塊包括通訊接收處理、通訊命令處理及通訊發送處理等部分。由于通訊信道有紅外信道和RS485信道兩個信道,故在通訊時,要由MCU來判斷道底使用哪個信道。

(4) 數據存儲模塊

該功能模塊主要由支持I2C總線的可擦寫EEP-ROM (AT25C256)和掉電保護電路組成,主要用于存儲計算出來的電壓、電流、有功等實時值以及每個時段的有功電能值,還有掉電時間記錄、電壓電流越上下限報警記錄和歷史記錄等等。如果模塊掉電,系統中的掉電保護電路會自動切換到后備電池給外部RAM供電,以保證RAM里所有的數據不丟失。

(5) 電源

為確保電能表穩定可靠的運行,電源是電能表設計的一個關鍵。本設計采用一路9V電源和一路5V電源來分別給AVR Mega16和RS485通信單元供電。通信單元、計量單元和MCU之間的通信采用光耦進行隔離,可提升整個系統的抗干擾能力。眾所周知,電能表的干擾源主要有電網的電壓波動、閃電沖擊和變壓器產生的電磁感應等。本設計采用壓敏電阻來吸收瞬問高壓沖擊。電源進線處則使用磁環來防止高頻電磁脈沖對電路的干擾和破壞。

2.3 軟件設計

整個電能表的軟件程序由主程序、系統初始化、電量處理模塊、數據存儲、鍵盤中斷、LCD顯示模塊、通信模塊等組成。通過主程序或通過中斷方式可以調用子程序,以實現系統的整體功能。

其中主程序可用于完成啟動和系統初始化(包括FLASH、RAM、LCD的設置、SCI及RTC等的初始化),以及判定時段,在LCD上顯示電量和時間等。主程序的流程圖如圖4所示。

而電量處理模塊則用于讀取計量芯片的有功等電量數據,并進行復雜的處理,最后保存這些電能參量。

按鍵中斷模塊主要用來處理按鍵中斷。LCD顯示模塊則用于完成LCD字段的顯示,可通過LCD顯示屏輪流顯示有功和總電量等參數。

通信模塊主要按照通訊規約的要求,來實現與抄表系統的可靠通訊。以便通過抄表系統來讀取用戶的電量數據以及設置時間、費率和地址等電表參數。

3 結束語

通過本文基于MCP3906電能芯片和AT-Mega16單片機的單相電表可實現對單相電能的計量。該系統性能穩定、功能完善、操作簡單,非常適用于單相電能的測量。其較高的性價比也為計量機構和用戶提供了更多的一種選擇。