基于PIC單片機的電能表時(shí)鐘誤差分析儀的研究

1引 言

隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展，用電量增大，為提高用電效率，改善用電量不均衡的現象，國內各省市的電力部門(mén)己開(kāi)始全面推出了復費率電能表，計量單位對復費率電能表檢定的任務(wù)越來(lái)越繁重［1-2］。時(shí)鐘的準確性是分時(shí)計量最重要的一部分。目前的計量單位對復費率電能表時(shí)鐘檢定的方法已經(jīng)逐漸不能滿(mǎn)足需要。為了解決目前復費率電能表時(shí)鐘檢定存在的問(wèn)題，本文設計了一種基于PIC單片機的復費率電能表時(shí)鐘誤差分析儀的系統。該系統是一種便攜式時(shí)鐘誤差檢定裝置，集計時(shí)檢定，數據處理，數據傳送等功能于一體，具有快捷、準確、有效的特點(diǎn)。

l頻率測量原理[3-4]

系統測量頻率采用的是多周期同步測量方法，這種方法是在直接測頻的基礎上發(fā)展測量方法，在目前的測頻系統中得到越來(lái)越廣泛的應用。多周期同步法測頻技術(shù)的閘門(mén)時(shí)間不是固定的值，而是被測信號的整周期倍、即與被測信號同步，因此消除了對被測信號計數產(chǎn)生的±1個(gè)字誤差，測量精度大大提高，而且達到了在整個(gè)測量頻段的等精度測量。

多周期同步測量方法測量的分辨率為：



日計時(shí)誤差值：式中：Nx為對電能表的實(shí)際計數值；Ns、fs分別對應于電能表的標準值。系統最終將顯示測量的電能表頻率及日計時(shí)誤差值。

2系統構成

2．1系統硬件組成 系統主要有3部分組成：前端電路、主控回路、顯示及通訊部分。系統組成框圖如圖l所示。



當晶振工作時(shí)，會(huì )產(chǎn)生微弱的電磁波，且電磁波的頻率和晶體振蕩的頻率一致。系統首先采集晶振頻率信號，然后把采集到的信號通過(guò)濾波放大電路濾去高頻干擾和低頻漂移信號，同時(shí)也進(jìn)行線(xiàn)性放大，使之變?yōu)橐徊ㄐ握幏颠m當的正弦信號，然后經(jīng)過(guò)A／D轉換變成數字信號進(jìn)入：PIC單片機處理。

系統采用一種改進(jìn)的雙T型選頻網(wǎng)絡(luò )，在提高Q值的同時(shí)不影響其他參數變化，帶通寬度更窄，帶通效果更為顯著(zhù)。具體做法是：在反饋網(wǎng)絡(luò )中再接一個(gè)同相輸比例運放作為雙T網(wǎng)絡(luò )的負載。電路如圖2所示。



A／D轉換采用的是ADS7826芯片，該芯片是雙12位，500 kHz的模擬數字(A／D)轉換器，帶有6條全差分輸入通道，這些通道分為3對，用于進(jìn)行高速同步信號采集。對采樣與保持放大器的輸入是全差分的并且保持差分狀態(tài)直到A／D轉換器的輸入。這樣在頻率為50 kHz時(shí)仍可提供80 dB良好的共模抑制比，這在高噪聲環(huán)境中是非常重要的。

本系統采用的處理器是PIC16F87X系列單片機［5-7］。PICl6F87X的內部有3個(gè)計數器(Timer0，Timerl．Tim-er2)和一個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器(watchdog timer，WDT)，這些計數器的結構與特性并不完全相同，具體到本系統使用的情況，被檢定的信號頻率的大概值為32768 Hz，基準頻率為10 MHz。因此使用單片機內部的Timer0和Timerl兩個(gè)計數器，基準頻率信號使用Timer1，被檢定的信號使用Timer0。Timer0是8位，最大計數值為256，Timerl是16位，最大計數值為65 536，各需要外接一個(gè)8位計數器才能滿(mǎn)足需要。采用74LS393是雙四位的二進(jìn)制計數器可將計數增至24位。