基于CS5460A的智能電力控制系統

摘要：介紹一種基于CRYSTAL公司的電能計量芯片CS5460A設計智能電力控制終端，給出控制系統的總體結構設計，該系統對電流、電壓，以及電能進(jìn)行測量、計算和儲存。其次，結合時(shí)鐘芯片DS1302，E2PROM存儲芯片X5045和讀卡器模塊ZLG500C，使系統能完成自動(dòng)抄表、遠程付費、數據備份、自動(dòng)斷電等功能，實(shí)現對電能測量自動(dòng)化控制和數字化管理。
關(guān)鍵詞：CS5460A；ZLG500C；電能參數；智能電力控制

0 引 言
隨著(zhù)智能家居時(shí)代的來(lái)臨，傳統的感應式電能表不但無(wú)法滿(mǎn)足自動(dòng)化控制的需要，也為數字化集中管理帶來(lái)了不便。本系統的研究主要是針對智能家居的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò )化和數字化需求所提出的，使用CS5460A電能計量芯片與相關(guān)外圍芯片結合，不但實(shí)現了最基本的電能測量，還具有自動(dòng)抄表、過(guò)載斷電等功能。本系統通過(guò)微處理器對整個(gè)系統進(jìn)行控制，因此能夠用軟件的方法實(shí)現信息的采集、處理和存儲，大大簡(jiǎn)化了儀器的整體結構。

1 系統硬件設計
l．1 系統的總體架構
為了使操作可視化，該系統采用鍵盤(pán)輸入，同時(shí)加入LCD，構成人機互動(dòng)界面。為了更易于組建分布式電能管理系統，該電能表加入了標準的RS 485串行接口，將相關(guān)數據上傳至上位機進(jìn)行統一管理。電能表的硬件是由MCU P89C61X2、C85460A、LCD、DSl302、X5045等所組成，其組成如圖1所示。
該系統的工作原理如下：由互感器電路及取樣電路將回路的電壓和電流信號轉換為最大有效值為250 mV的小電壓信號。CS5460A根據采樣電路輸入的電壓電流算出電能，然后把電壓、電流和功率存入E2PROM再由串行差分總線(xiàn)RS 485傳送給CPU，CPU將數據進(jìn)行處理后顯示在LCD上。同時(shí)可以根據DSl302內的時(shí)鐘信息，定期將用電數據者通過(guò)RS 485串行接口把當月用電量傳給上位機。該系統中的E2PROM存有增益校正和偏移校正的系數以及相關(guān)的電能計量信息?？梢钥闯?，電能表的準確與否取決于采樣電路的設計及電能計量芯片的性能。

1．2 采樣電路的設計
CS5460A的電壓通道和電流通道可與電阻分流器或互感器接口。其電流通道的可編程增益放大器(PGA)的增益可設為10 dB和50 dB，分別對應于最大有效值為250 mV和50 mV的交流信號輸入；電壓通道的最大有效值輸入為250 mV。由于CS5460A的∑-△型模／數轉換器采用過(guò)采樣原理，對高頻噪聲有較強的抑制，因而對輸入信號無(wú)需進(jìn)行復雜的濾波器處理，引入阻容濾波電路反而容易引起相移。
圖2和圖3是電壓和電流的采樣電路。在圖2中，PT是變比為1:1的電流型電壓互感器，CT為變比2 000:1的電流互感器。取樣電阻R3，R4，R3，R6的阻值由被測信號的最大值決定。電阻R1，R2，R7，R8為電壓、電流模擬通道的輸入保護電阻。原理圖中R3=R4，R5=R6。經(jīng)變換后的小信號以差模電壓的形式接到Cs5460A的模擬信號輸入端，減小輸入阻抗。由于互感器的使用引入可能造成輸入信號的相移，使功率測量的誤差增大。而CS5460A具有相位補償功能(可進(jìn)行-2．4°～+2．5°的相位補償)，可以大大減小互感器相移所帶來(lái)的誤差的影響。

1．3 CS5460A的接口設計
CS5460A的串行口包括4條控制線(xiàn)：，SDI，SDO，SCLK，極易與微處理器連接。對其操作是通過(guò)傳輸命令字來(lái)實(shí)現的，CS5460A的命令字包括寄存器讀寫(xiě)、校準等在內的7個(gè)命令字。具體來(lái)說(shuō)，一個(gè)數據的傳輸總是從向串行接口的SDI發(fā)送8位命令字開(kāi)始的，當命令中包括一個(gè)寫(xiě)入操作時(shí)，在其后有24個(gè)行數據。當發(fā)出一個(gè)讀取命令字時(shí)，串口將根據發(fā)出的命令，在其后的8，16，24個(gè)SCLK周期從SDO引腳上串行輸出寄存器內容。