基于A(yíng)RM多用戶(hù)智能電能表設計

3 系統單元電路
3．1 主控板
主控板對電流電壓信號進(jìn)行32路分時(shí)采集。對采集到的數據進(jìn)行數據處理，得到有功功率、無(wú)功功率，并使精度達到0．1級標準。主控板還完成與通信板和繼電器板的數據交換。能夠安全監控，提供錯誤信息，出錯保護和恢復。主控板由電源電路，A／D前置電路，數據采集電路，主CPU電路，E2PROM電路等子電路組成。
3．1．1 電源電路
電源電路采用常規的變壓器降壓供電。在變壓器輸入端，在對輸入的電網(wǎng)電源進(jìn)行預處理，如過(guò)壓保護，過(guò)流保護，濾波。其原理框圖見(jiàn)圖2。

電源電路為整個(gè)系統供電，它從根本上決定了系統工作的穩定性和安全性，是系統：EMC設計的重要部分。電源電路能濾除外部電網(wǎng)的干擾，同時(shí)還能防止內部干擾竄人電網(wǎng)。提供各種保護功能，包括過(guò)流保護，輸出短路保護，輸出過(guò)載保護等。為通信板、主控板、繼電器控制板和顯示板提供穩定、充足的電源供應。當電網(wǎng)電壓在一定范圍內變化時(shí)，保證內部電壓的基本穩定。
3．1．2 A／D前置電路
A／D前置電路負責分時(shí)選通各路電流電壓傳感器通道，并對信號進(jìn)行放大和濾波處理，再送入后面的A／D電路進(jìn)行數據采集。用運算放大器實(shí)現信號放大并完成有源濾波。多路選擇器相當于多路電子開(kāi)關(guān)，用8通道A／D芯片CD4051，其電阻小，帶寬大，損耗小，接通電阻小于100 Q。其原理框圖見(jiàn)圖3。

電流和電壓傳感器均由互感器組成，經(jīng)電阻取樣后全部轉換為電壓信號輸出。為防止因傳感器損壞造成后級電路故障，對傳感器信號進(jìn)行了保護處理。32路電流取樣信號分為3組，分別對應三相電的A相，B相，和C相，而三相電壓取樣信號則與三級電流取樣信號對應，由數據選擇器進(jìn)行分時(shí)選通，以保證任一采樣時(shí)刻可以同時(shí)選通三相電流取樣信號和對應的電壓取樣信號。從傳感器輸出的信號一般都比較微弱，不適合進(jìn)行數據采集，采用運算放大器進(jìn)行放大，同時(shí)，為了防止其他干擾，還要進(jìn)行濾波處理。從這一級輸出的信號達到了信號處理的要求，就進(jìn)行A／D轉換。
3．1．3 數據采集電路
數據采集由AD8364完成，AD$8364是美國TI公司生產(chǎn)的高速、低能耗、6通道同步采樣轉換、單+5 V供電、16位高速并行接口的高性能模／數轉換器(ADC)芯片，芯片帶2．5 V基準電壓源，可用作ADS8364的參考電壓。每片ADS8364由3個(gè)轉換速率為250 kb／s(當外部時(shí)鐘為5 MIIz)的ADC構成，每個(gè)ADC有2個(gè)模擬輸入通道，每個(gè)通道都有采樣保持器，3個(gè)ADC組成2對模擬輸人端，可同時(shí)對其中的1～2對輸入信號同時(shí)采樣保持，然后逐個(gè)轉換。由于6個(gè)通道可同時(shí)采樣，系統中由電流和電壓采樣得到的6組模擬量同時(shí)進(jìn)行采集。3個(gè)用于采集電流量，另3個(gè)用于采集電壓量。
3．1．4 485接口電路
在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS 485串行總線(xiàn)標準。RS 485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線(xiàn)收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200 mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。RS 485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS 485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號線(xiàn)。應用RS 485可以聯(lián)網(wǎng)構成分布式系統，其允許最多并聯(lián)32臺驅動(dòng)器和32臺接收器。
3．2 顯示板
顯示板OLED顯示友好界面，全面顯示用戶(hù)信息，采用485與主控板交換數據。該系統的液晶顯示器為10．4英寸，分辨率為640×480，26萬(wàn)色。驅動(dòng)采用FPGA內設計液晶控制電路。該系統采用Avalon LCDController的顯示控制IP模塊，可以非常方便地將其移植到Altera公司的CYCLONE系列FPGA中，占用6 000個(gè)左右的LE，能實(shí)現非常豐富的功能。