單相多功能電能表參考設(shè)計(jì)方案

　　尋求一個(gè)低成本、優(yōu)質(zhì)的方案一直是電能表行業(yè)所追求的目標(biāo)。隨著電力改革，新技術(shù)的推進(jìn)及分時(shí)電價(jià)的調(diào)整等用電政策的出臺(tái)，國(guó)家電網(wǎng)公司出臺(tái)了電能表的新標(biāo)準(zhǔn)，為此，中電公司設(shè)計(jì)出單相多功能電能表參考解決方案，來(lái)滿足市場(chǎng)的需求。

　　電能表采用了飛思卡爾MC9S08MZ60微控制器為控制核心，整合了CEACSZ、Epson、NS、貝嶺BL6523、BL55076等重點(diǎn)高性能器件。整體電能表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。

　　當(dāng)電能表接入交流電路，BL6523對(duì)電流電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，兩端電流信號(hào)和電壓信號(hào)先后分別經(jīng)高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)采樣濾波器、高通濾波器濾去高頻噪聲與直流增益，得到需要的電流采樣數(shù)據(jù)和電壓采樣數(shù)據(jù)，如圖2所示。

　　其中電流電壓瞬態(tài)值是將電流采樣數(shù)據(jù)和電壓采樣數(shù)據(jù)相乘得到，電流電壓瞬態(tài)值經(jīng)過(guò)低通濾波器輸出平均有功功率。將電流電壓采樣數(shù)據(jù)分別通過(guò)平方電路、低通濾波器、開(kāi)平方電路得到電流有效值和電壓有效值。

　　BL6523對(duì)輸入數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，完成數(shù)字濾波、過(guò)零檢測(cè)、相位校正后得到數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)時(shí)間積分累計(jì)計(jì)算獲得電能計(jì)量。計(jì)量芯片BL6523集成一個(gè)SPI接口，通過(guò)SPI接口與MCU(MC9S08MZ60)之間進(jìn)行計(jì)量參數(shù)以及校表參數(shù)的傳遞。MCU中斷捕獲并對(duì)電量脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，并查詢記錄電量方向。

　　主要器件及其性能分析

　　主控芯片8位MCU MC9S08MZ60采用增強(qiáng)型HCS08內(nèi)核，40MHzCPU，20MHz內(nèi)部總線; 60kB片上flash和2kB片上RAM;等待模式加兩個(gè)停止模式的低功耗設(shè)計(jì);具有掉電自動(dòng)比較檢測(cè)功能，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)軟件零開(kāi)銷。芯片配置較好，性能穩(wěn)定可靠，功耗和成本低。計(jì)量芯片采用貝嶺數(shù)字防竊電的計(jì)量專用芯片BL6523，此芯片具有較高的性價(jià)比，集成了高精度Sigma-Delta ADC、參考電壓電路、電源管理電路等模擬電路模塊，以及處理有功功率、電流電壓有效值等電參數(shù)的數(shù)字信號(hào)處理電路。LCD驅(qū)動(dòng)模塊采用貝嶺BL55076，這是一款通用型液晶控制和驅(qū)動(dòng)單芯片，漢字顯示清晰直觀。電源管理芯片采用NSLM2841，這是一款低功耗高效率且具有短路保護(hù)電源管理芯片。實(shí)時(shí)時(shí)鐘采用RX-8025T，內(nèi)置高穩(wěn)定度的數(shù)字溫度補(bǔ)償晶振蕩器，I2C總線速度高達(dá)400kbit/s，具備日歷、計(jì)時(shí)、閏年自動(dòng)調(diào)整功能，功耗低，日計(jì)時(shí)準(zhǔn)確度≤0.5s/d。

　　中電設(shè)計(jì)單相多功能電能表，所采用器件都是以高質(zhì)量、高精度、高穩(wěn)定性、低功耗、低成本出發(fā)，具有一定的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。電能表除了具有電能計(jì)量功能外，還具有多費(fèi)率分時(shí)計(jì)量、預(yù)付費(fèi)、防竊電、存儲(chǔ)、時(shí)間管理、紅外和RS485通訊接口等多種功能。功能完善，適用于居民、商店、學(xué)校等場(chǎng)合，是當(dāng)前用電體制改革，實(shí)現(xiàn)電能商品化和高低峰分時(shí)計(jì)量，調(diào)整電網(wǎng)負(fù)荷狀態(tài)的理想電能計(jì)量產(chǎn)品。