基于CAN總線(xiàn)的脈沖電表遠程抄表采集模塊研究

1、引言

脈沖電表是目前電力系統用戶(hù)側較為常見(jiàn)的一種電子電量表計。對于遠程電子抄表系統，要實(shí)現對脈沖表輸出脈沖的可靠、精確計量。本文研究探討了對于脈沖表可靠脈沖捕捉、脈沖計量，特別研究了脈沖電表信號輸出線(xiàn)路的斷線(xiàn)報警、掉電數據存儲等關(guān)鍵問(wèn)題，并對區域脈沖表群抄表需要的現場(chǎng)總線(xiàn)進(jìn)行了研究，提出用CAN 總線(xiàn)為數據通信的脈沖電表群的模塊化解決方案。

2、脈沖采集模塊設計

CH1 脈沖采集的主要任務(wù)是對CH2 CH3 脈沖電表輸出脈沖的實(shí)時(shí)、準確計數，CH4 是所有電量統計的基礎。脈沖采集模塊CH5 的好壞直接影響整個(gè)系統的可靠性和CH6 準確性，因此在整個(gè)抄表系統中占據著(zhù)CH7重要的地位。



2.1脈沖采集板的結構

采集板的具體結構如圖1所示。主要以單片機 P87C591為核心，設計對8路電表進(jìn)行數據采集，并可以將數據存入SEEROM中，另外帶有掉電保護及通信接口等模塊。

采集模塊配有電源斷電監視、數據保護功能，當監測到掉電情況時(shí)，及時(shí)在掉電前進(jìn)行數據備份，防止突發(fā)斷電導致數據丟失。

2.2脈沖采集模塊的硬件設計

根據系統的設計要求，每個(gè)采集模塊完成8個(gè)電表的采集任務(wù)，需要占用單片機的 8個(gè)I/O接口。單個(gè)經(jīng)過(guò)光電隔離的脈沖數據采集電路如圖2所示。



圖中D0為VCC 保護二極管，R0為限流電阻，來(lái)保護光耦中的發(fā)光二極管。C10和R10組成RC低通濾波器，D10為鉗位二極管，處理尖峰類(lèi)的干擾信號。R4和R5為分壓電阻。R3為上拉電阻，起限流作用。

電表輸出的脈沖信號采用的是5V直流電。經(jīng)濾波后，進(jìn)入光耦，然后電阻分壓到4V的電平信號進(jìn)入單片機。通過(guò)單片機P87C591的P2口來(lái)對脈沖信號進(jìn)行采集，在圖2中還可以看到由于是上接上拉電阻，所以使得光耦輸出脈沖波形與電表輸出脈沖波形剛好反向。

　2.3脈沖采集模塊的軟件設計

脈沖采集的軟件設計主要處理脈沖的準確采樣，對當前時(shí)段的數據做累計處理。并且軟件設計中包括了重復檢測及防抖動(dòng)的抗干擾設計。軟件流程圖如圖3。



2.4脈沖采集抗干擾措施

脈沖采集電路的抗干擾能力決定著(zhù)系統的精度和所采集數據的可靠性，需要從多方面 提高系統的抗干擾能力。

2.4.1硬件抗干擾措施

從圖2中可以看到，硬件設計中主要采取了光電隔離技術(shù)、低通濾波技術(shù)。光電耦合器的輸入阻抗小，只有電流信號才能驅動(dòng)發(fā)光管，因此，可以隔離來(lái)自市電系統的感應電壓及其過(guò)電壓。圖2中 RC低通濾波器，濾掉高頻信號的干擾。因為電容的電壓非突變性，結合穩壓二極管，可以將電壓鉗于一個(gè)比較穩定的值，可以抑制尖峰類(lèi)的干擾，可以吸收對來(lái)自空間電磁輻射對系統輸入的干擾，也確保進(jìn)入單片機的信號脈沖有完好的波形。

2.4.2軟件抗干擾措施

對輸入的脈沖進(jìn)行捕捉、采集是抄表系統重要計量環(huán)節，模塊除了在硬件上采取了相應的隔離和濾波措施，在軟件設計上也采取了重復檢測和防抖動(dòng)的措施，提高脈沖捕捉的準確、可靠。

數據采集在中斷程序中進(jìn)行，設定定時(shí)中斷周期為 2ms，在中斷服務(wù)程序中判別 8路電表電平的狀態(tài)。對于每一路輸入信號，在收到高電平后，如連續采樣 10次均為低電平，則認為是一個(gè)有效的低電平，這時(shí)記錄該路信號的累加器加1。如在中間出現一個(gè)干擾信號，不予計數，用這種方法可以有效干擾的抑制抖動(dòng)類(lèi)的干擾。如圖 4所示。