基于ADE7753和ARM的電力計(jì)量裝置現(xiàn)場監(jiān)測儀的設(shè)計(jì)

　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　1.1 技術(shù)要求

　　配備精密鉗形電流互感器，在不斷電、不改變計(jì)量回路的情況下，檢測計(jì)量裝置、電能表及互感器的誤差。顯示瞬時(shí)檢測狀態(tài)下的一次電流、二次電流、電壓、互感比。具有光電采樣和手動(dòng)采樣、脈沖輸入3種測量方式。精度等級(jí)達(dá)到0.2級(jí)。具有低頻脈沖信號(hào)輸出，方便送檢。不需另接電源。同時(shí)，為了兼顧城市和農(nóng)村電網(wǎng)中的應(yīng)用，在滿足功能外設(shè)計(jì)還要考慮到室外操作環(huán)境、方便攜帶及大范圍的電壓變化等因素以適應(yīng)現(xiàn)場監(jiān)測的要求。

　　1.2 系統(tǒng)總體組成

　　如圖1所示，系統(tǒng)以ARM控制器S3C44B0X為核心，采用2片電能計(jì)量芯片ADE7753同時(shí)對(duì)一次、二次回路的電壓電流輸入進(jìn)行測量，配合電能表的脈沖輸入，可同時(shí)計(jì)算出計(jì)量裝置綜合誤差、電能表誤差以及互感器誤差。由ARM嵌入式控制器驅(qū)動(dòng)65萬色彩色液晶顯示模塊及4×4矩陣鍵盤實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面。微型熱敏打印機(jī)可打印輸出的誤差參數(shù)及日期。為了適應(yīng)寬電壓應(yīng)用的要求，采用AC/DC開關(guān)電源及DC/DC電源模塊為系統(tǒng)供電。

　　1.3 工作原理

　　首先應(yīng)將精密鉗型互感器分別夾在被測負(fù)載的一次、二次電流回路。根據(jù)被測電能表的不同及測量環(huán)境條件的限制，可選取自動(dòng)方式和手動(dòng)方式進(jìn)行檢測。在自動(dòng)方式下，如被測電能表為電子式，可直接將其脈沖輸出連接至檢測儀。如電能表為機(jī)械式則可通過光電采樣器扣在電表上，將光電對(duì)準(zhǔn)電度表轉(zhuǎn)盤，調(diào)至正常采樣，這時(shí)輸入檢測儀的是光電采樣器的脈沖。然后，從鍵盤輸入校驗(yàn)圈數(shù)，被測表千瓦時(shí)盤轉(zhuǎn)數(shù)，被測互感器變化等預(yù)置參數(shù)后，就可實(shí)施自動(dòng)計(jì)量檢測。

　　手動(dòng)方式下脈沖是由人手動(dòng)按下面板上的“手動(dòng)”鍵或附件手動(dòng)開關(guān)輸入的。連接好線后預(yù)置參數(shù)，由于手動(dòng)及視覺誤差，圈數(shù)應(yīng)適當(dāng)多些。當(dāng)轉(zhuǎn)盤色標(biāo)轉(zhuǎn)至正前方時(shí)，速按一下手動(dòng)開關(guān)，即開始檢測;當(dāng)被檢測表轉(zhuǎn)夠設(shè)置的圈數(shù)，再按一下手動(dòng)開關(guān)，即可顯示該裝置誤差。

　　1.4 綜合誤差、電能表誤差及互感器誤差的計(jì)算

　　綜合誤差是指計(jì)量裝置實(shí)際計(jì)量的電能與裝置讀數(shù)之間的誤差。裝置讀數(shù)是電表讀數(shù)與計(jì)量裝置給定互感器變比的乘積。因此，綜合誤差中包含了電表誤差及互感器誤差的影響。也就是說，如果互感器或電表被人為調(diào)整就會(huì)導(dǎo)致綜合計(jì)量的誤差出現(xiàn)，就有可能是盜電。而當(dāng)出現(xiàn)綜合誤差時(shí)，還需再確定電表誤差及互感器誤差，并采取有針對(duì)性的治理措施。設(shè)一次回路電壓為U，電流為I1，而在設(shè)定圈數(shù)對(duì)應(yīng)時(shí)間T內(nèi)的ADE7753的高頻脈沖輸出CF1正比于實(shí)際電能，即有實(shí)際計(jì)量電能：

　　Ez1=UIlT=k×CF1 (1)

　　該綜合計(jì)量裝置的互感器變比為Hs;設(shè)定圈數(shù)為N;表常數(shù)為B(這三個(gè)參數(shù)應(yīng)在測量進(jìn)行前由操作人員預(yù)先輸入)，則有被測裝置讀數(shù)應(yīng)為：

　　Es=HsN/B (2)

　　因此，綜合誤差Ce可由Ez與Es算出：

　　Ce=(Es-Ez1)/Ez×100% (3)

　　互感器誤差由實(shí)際互感比(測量得到的一次、二次電流之比I1/I2)與預(yù)置互感比Hs得出。

　　He=(HS-I1/I2)/(I1/I2)×100% (4)

　　電表誤差由設(shè)定圈數(shù)對(duì)應(yīng)的電能N/B及二次回路ADE7753輸出的CF2對(duì)應(yīng)的電能Ez2得出：

　　Be=(Ez2―N/B)/Ez2×100% (5)

　　2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　2.1 人機(jī)交互界面

　　人機(jī)交互界面由操作鍵盤和65 k真彩色液晶顯示模塊組成，由ARM控制。鍵盤用于參數(shù)輸入及控制。

　　需要輸入的參數(shù)有校驗(yàn)圈數(shù)N、表脈沖常數(shù)或千瓦時(shí)盤轉(zhuǎn)數(shù)B和被測計(jì)量裝置給定互感比H等?？刂奇I包括啟動(dòng)、復(fù)位、手/自動(dòng)模式、打印以及翻頁、選擇等。采取4×4矩陣鍵盤完成0～9數(shù)字及控制鍵。

　　彩色LCD顯示模塊主要完成開機(jī)動(dòng)畫、測量結(jié)果列表及曲線顯示、電子說明書、幻燈圖片顯示等。TFT液晶顯示模塊選用4.3英寸寬屏TFT LCD，分辨率為480×272。系統(tǒng)配置32 MB字庫及96 MB存儲(chǔ)空間，可以滿足圖片、動(dòng)畫及文本顯示的需求。

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