基于A(yíng)TT7022在線(xiàn)寬量程電能測量?jì)x的設計

摘 要：本文對ATT7022的性能特點(diǎn)和電路結構，以及實(shí)時(shí)在線(xiàn)寬量程測量系統的方案、系統的組成，包括硬件的配置、軟件設計、工作原理、功能和技術(shù)性能進(jìn)行了論述。
關(guān)鍵詞：ATT7022; 實(shí)時(shí)測量; 寬量程; 儀表

引言
基于ATT7022芯片的設計旨在使設計方案合理、成為性?xún)r(jià)比較好的產(chǎn)品,特別是在測量范圍方面有所突破。電流測量范圍為0~500A，可實(shí)現多個(gè)量程之間的自動(dòng)平滑切換，且三相四線(xiàn)或三相三線(xiàn)可人工轉換；測量精度達到0.2和0.5級；測量的采樣頻率為3.2KHz~25.6KHz，并能根據要求從鍵盤(pán)輸入互感比、盤(pán)轉數和測定轉數，并能隨時(shí)修正，以及從液晶屏上實(shí)時(shí)顯示誤差百分比、三相電壓、三相電流、相位、功率因數、向量圖、功率和電能等參數，未工作時(shí)顯示菜單。

圖1 ATT7022的內部電路框圖

圖2 系統總圖

圖3 輸入接口電路
ATT7022的內部電路結構
如圖1所示，ATT7022的內部主要包括電源監控電路、ADC和計量模塊。電源監控電路對模擬電源(AVcc)進(jìn)行監控，當電源電壓低于4V5%時(shí)，芯片將被復位。ATT7022片內集成了6路16位的ADC，采用雙端差分信號輸入。最大輸入電壓是1.5V，即可以輸入最大的正弦信號有效值是1V。建議將電壓通道Un對應ADC的輸入選在0.5V左右，而電流通道Ib對應ADC的輸入選在0.1V左右。

系統硬件實(shí)現方案
系統整體方案設計如圖2所示，該系統主要分為5個(gè)部分：前端采集模塊、運算處理模塊、存儲模塊、鍵盤(pán)輸入模塊和顯示模塊。

前端采集模塊
采集部分采用鉗型互感器和三個(gè)計量芯片ATT7022同時(shí)采集，依據采集電流的大小進(jìn)行判斷識別、自動(dòng)切換數據傳輸和接收。

本文選擇的電流互感器規格是一次電流分別為0~500A、0~10A,二次電流為10mA、2mA,精度0.05級，負載為20，電壓互感器規格為220V/0.5V。輸入接口電路如圖3所示。

運算處理模塊
采用華邦W78E516B實(shí)現與ATT7022芯片的數據通信，并進(jìn)行相應運算、驅動(dòng)LCD顯示、控制鍵盤(pán)輸入、數據的存儲及與USB芯片的接口通信等功能。W78E516B 微處理器支持較寬的電壓變化范圍，大大增加了芯片的抗干擾性能。它與工業(yè)標準的80C51微處理器系列完全兼容，包含4個(gè)8位的雙向并行口，一個(gè)額外的4位尋址I/O口(Port 4), 3個(gè)16-bit timer/counters, 一個(gè)watchdog timer 和一個(gè)標準的UART. 包含512B的 RAM 和64KB的閃存，具有64KB程序存儲地址空間，64KB外部數據存儲地址空間， 雙數據尋址指針，時(shí)鐘工作頻率達40MHz。

存儲模塊
數據的緩沖采用8KB RAM (HM6264B) ；數據的存儲采用4KB EEPROM (AT28C64B)。

顯示模塊
顯示部分采用精電蓬遠SED1335圖形液晶顯示驅動(dòng)模塊，320240彩色液晶屏。由單片機驅動(dòng)顯示。

通信模塊
采用RS-232和USB(CH375)接口，實(shí)現計算機對電流鉗校驗參數、校表參數的寫(xiě)入和顯示數據的輸出控制。

系統的軟件實(shí)現
驅動(dòng)程序
顯示驅動(dòng)程序：LCD 顯示驅動(dòng)程序主要負責顯示實(shí)時(shí)數據的大小、位置、顏色、色度、閃爍速度、光標處理等與硬件有關(guān)的操作，作為顯示數據和硬件之間的載體。

鍵盤(pán)驅動(dòng)程序：主要完成掃描和鍵值的返回及按鍵次數的判斷。

存儲驅動(dòng)程序：主要完成整型、實(shí)型、浮點(diǎn)型等數據的存儲和讀取，完全屏蔽硬件和數據類(lèi)型的差異。

采樣驅動(dòng)程序： 主要完成與ATT7022電路有關(guān)的功率、能量、有效值、功率因數以及頻率測量等有效參數的讀取和開(kāi)機校表數據的讀入。

運算程序
主要完成對讀入的采集信號值進(jìn)行比較，計算誤差百分比、常規的比例運算、非常規數據處理等運算處理工作。

顯示和菜單算法
完成圖形和漢字顯示初始化和數據顯示及動(dòng)態(tài)圖形處理、多級菜單的處理、菜單的切換、存儲位置的定義等操作。

通信程序以及異常處理程序
主要完成與ATT7022的通信，以及與上位機校表參數等數據通信。

結語(yǔ)
本文設計的基于A(yíng)TT7022的在線(xiàn)寬量程電能測量儀能夠實(shí)現在線(xiàn)寬量程電能(不同電流、電壓范圍)的精確測量，并可以與其它測量設備進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)誤差比較分析，求出誤差百分比。實(shí)時(shí)顯示相關(guān)數據。經(jīng)實(shí)際測試，系統運行良好。