專(zhuān)用芯片ATT7022C的電參數測量模塊設計

摘要：給出一種基于電能計量芯片ATT7022C和LPC2138的電參數測量模塊的設計方案。詳細描述了硬件電路接口和電能計量芯片與ARM通信接口的實(shí)現過(guò)程。通過(guò)實(shí)驗對芯片進(jìn)行軟件校表，實(shí)現了電參數的精確測量。設計的電參數測量模塊具有實(shí)時(shí)顯示和與上位機通信的功能。
關(guān)鍵詞：ATT7022C；LPC2138；軟件校表

引言
隨著(zhù)國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，各行業(yè)對能源的需求量越來(lái)越大。煤炭、石油等不可再生資源的大量消耗使得存儲量越來(lái)越少，能源短缺必將會(huì )影響國家經(jīng)濟的發(fā)展。而煤炭、石油的開(kāi)采又會(huì )耗掉大量的電能，特別是石油的開(kāi)采，抽油機經(jīng)常會(huì )出現“空抽”的現象，大量的電能被耗費。因此，提高用電的效率和質(zhì)量是緩解能源危機的一種方式，這就需要對電網(wǎng)運行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。為了獲得電網(wǎng)的電參數信息，本文采用電能計量芯片ATT7022C結合ARM微控制器設計電參數測量模塊。該模塊可以使用液晶實(shí)時(shí)顯示數據，也可以把采集的電參數傳輸到上位機來(lái)對電網(wǎng)的狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。

1 ATT7022C芯片介紹
ATT7022C芯片是鉅泉光電科技(上海)有限公司推出的一款高精度三相電能專(zhuān)用計量芯片。它適用于三相三線(xiàn)和三相四線(xiàn)的接線(xiàn)方式，其內部結構框圖如圖1所示。該芯片集成了7路二階sigma-delta ADC，參考電壓電路以及包括功率、有效值、功率因數、能量等的數字信號處理電路。芯片內置溫度測量傳感器，提供基波有功、基波無(wú)功校表脈沖輸出；還具有ADC采樣數據緩存功能，緩存長(cháng)度為240，可以實(shí)時(shí)保存原始采樣數據。同時(shí)芯片還支持單通道、雙通道和三通道的同步采樣功能，供用戶(hù)進(jìn)行采樣數據的分析。芯片提供一個(gè)SPI接口與外部MCU進(jìn)行數據傳遞，外部控制器只需要通過(guò)SPI總線(xiàn)對各寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作，就可以得到三相電參數的值。為了得到精確的電參數數值，必須進(jìn)行校表操作。芯片支持純軟件校表，經(jīng)過(guò)校正的儀表，有功精度可高達0．5級，無(wú)功精度可達2級。

2 電參數測量模塊設計方案
電參數測量模塊的總體結構框圖如圖2所示。模塊主要由電參數實(shí)時(shí)測量、LCD顯示、存儲、與上位機通信等部分組成。LCD液晶主要用來(lái)顯示電壓、電流、耗能、功率因數、時(shí)間、溫度等參數。模塊采用RS485總線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)傳輸的方式把測量的各種電參數傳輸到上位機，對電網(wǎng)的運行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監測。

模塊設計的目標是以較低能耗實(shí)時(shí)測量、顯示電參數，并能夠與上位機進(jìn)行通信。這就要求處理器的運行速度要快、功耗要低。LPC2138芯片可以滿(mǎn)足這個(gè)要求。它有2個(gè)SPI、I2C接口、多達47個(gè)可承受5 V電壓的通用I／O口，以及帶有獨立電源與時(shí)鐘源的實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊。
電能計量芯片復位時(shí)內部的能量寄存器將復位為0。如果發(fā)生意外斷電，芯片中能量寄存器中的值將會(huì )丟失，設計時(shí)選用AT24C02芯片保存能量寄存器的值。在軟件程序設計中，當負載消耗1度電或其他數據量的時(shí)候刷新一次存儲器。
實(shí)時(shí)時(shí)鐘采用ARM系統與外接電池共同供電的方式，當系統意外斷電時(shí)，時(shí)鐘模塊可由外部電池供電，保證時(shí)鐘的正常運行。值得注意的是，實(shí)時(shí)時(shí)鐘初始化時(shí)，第一次把準確的時(shí)間寫(xiě)到時(shí)鐘芯片后，時(shí)鐘就開(kāi)始正確地運行，然后應當把程序中的時(shí)鐘初始化函數去掉，把整個(gè)程序再加載一遍。否則，模塊每次復位都會(huì )對時(shí)鐘初始化一次，這樣時(shí)鐘就不能正確地運行了。