基于SOC技術的多功能導軌式三相電能表設計與應用
2013-07-11
1.設計依據
電能表作為計量型儀表，與經濟、民生息息相關。因此，其相關標準在眾多工業標準當中是最為嚴格的。國內電能表主要參考的標準為：
l GB/T17215.322-2008 《交流電測量設備特殊要求 第22部分：靜止式有功電能表（0.2S級和0.5S級）》
l GB/T17215.211-2006 《交流電測量設備 通用要求、試驗和試驗條件 第11部分:測量部分》
l DL/T614-2007《多功能電能表》
以上標準針對電能表在設計、生產及應用中的性能、功能都規定了詳細的技術參數。其中較為重要的性能指標有：
1）、工頻耐壓。所有的電流線路和電壓線路以及參比電壓超過40V的輔助線路連接在一起為一點，另一點為地，試驗電壓4kV加于該兩點間，不應發生飛弧、火花放電或擊穿現象。
2）、快速瞬變脈沖群試驗。在電壓和電流線路加4kV脈沖群，儀表準確度應在相應標準規定的極限內。
3）、靜電放電抗擾度試驗。接觸放電8kV，空氣放電15kV，儀表不能有死機或精度不準顯現。
4）、浪涌抗擾度試驗。在電壓線路通以參比電壓，電流端開路，在電壓和電流線路上施加4kV，正負極各5次，儀表不應損壞不能工作。
以上幾點指標在各自的試驗規格中都是最高級的殘酷級別。對于傳統的壁掛式電能表，體積較大，內部有足夠的設計空間來應對標準中的各種要求。而導軌式三相多功能電能表因為體積較小，模具決定了內部可用空間不大。因此，導軌式三相電能表在設計上要難于傳統的壁掛式電能表。本文以DTSD1352三相多功能電能表為例講解一種基于SOC技術的方案。
2.硬件可靠性設計
2.1 芯片選擇
DTSD1352采用的主芯片是美信公司的71M6543，此芯片包含了一個8051的微處理器內核和一個可實現計量功能的32位DSP數字引擎（CE），同時包括了電能表所必須的一些外設，如LCD驅動、可補償的RTC、UART等。芯片具有良好的電磁兼容性，完全符合電能表的性能標準。由于此芯片的集成度極高，為產品內部結構留下了寶貴的空間。
2.2 總體方案
總體方案框圖如圖1所示。總體設計中主要圍繞71M6543，外圍電路主要包括：開關電源、電壓電流采樣電路、按鍵、液晶顯示、數據存儲、RS485通信模塊、脈沖輸出。原始信號經電阻分壓及電流互感器信號衰減輸入到CE，CE順序處理從模擬輸入引腳采集的電壓信號，計算有功能量（Wh）和無功能量（VARh），以及四象限表計的A2h和V2h。然后MPU存取這些測量值，進一步處理并通過MPU的外圍器件輸出，輸出方式如：LCD顯示、RS485通信等。除了高級測量功能外，實時時鐘（RTC）功能允許71M6543不外掛任何實時時鐘芯片就可以實現多費率分時計量。同時配合外掛的鐵電，可以實現對12個月的歷史數據的保存功能。來源：電池測試儀 http://www.for815.cn/
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