基于ADE7753和ARM的電力計(jì)量裝置現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀的設(shè)計(jì)

　　2.2 檢測(cè)電路

　　2.2.1 電壓、電流信號(hào)采樣電路

　　相電壓為175～240 V，但這樣大的電壓不能直接送給ADE7753進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。通過2個(gè)2 MΩ和1個(gè)6.2 kΩ的固定電阻及1個(gè)2 kΩ電位器分壓，得到400 mV左右的電壓采樣信號(hào)。而來自互感器的信號(hào)是電流形式的，需要經(jīng)過200 Ω的電位器轉(zhuǎn)換為電壓形式的信號(hào)送人ADE7753的電流測(cè)量通道。為了將來自電力線的信號(hào)與ADE7753進(jìn)行適當(dāng)?shù)母綦x，在電壓電流采樣信號(hào)之間選用OP07運(yùn)放組成電壓跟隨器電路。

　　2.2.2 脈沖信號(hào)調(diào)理電路

　　來自光電采樣器或電子式電能表的脈沖需要進(jìn)行信號(hào)整形轉(zhuǎn)換隔離后，再送給ARM的外部中斷輸入。采用NPN三極管進(jìn)行開關(guān)量的變換即可。

　　2.2.3 基于ADE7753的電能參數(shù)測(cè)量

　　ADE7753是ADI一款最新的功能先進(jìn)數(shù)字電度表芯片，這是一種帶串行接口和脈沖輸出的高精度有功和視在能量計(jì)量的集成電路。它集成了二階∑-△ADCs、1個(gè)數(shù)字積分器(在CHl上)、1個(gè)參考電壓源，1個(gè)溫度傳感器，能對(duì)電壓、電流有效值(RMS)計(jì)算，有功、無功和視在能量的測(cè)量。實(shí)際上ADE7753是1個(gè)電能計(jì)量片上系統(tǒng)(SOC)的芯片。

　　ADE7753電路將采樣的電流和電壓模擬信號(hào)數(shù)字化，電流通道中高通濾波器(HPF)濾掉了輸人信號(hào)中的直流成分，通過數(shù)字積分器還原成電流信號(hào)。電壓信號(hào)送入電壓通道，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換和相位校正后與調(diào)理過的電流信號(hào)相乘即可得到視在功率。電壓和電流的有效值相乘獲得有功功率。有功功率信號(hào)通過數(shù)/頻轉(zhuǎn)換由CF腳輸出，同時(shí)與電壓信號(hào)、電流信號(hào)、視在功率信號(hào)一起送入ADE7753的寄存器，與串行接口經(jīng)DOUT腳輸出并連接到ARM的I/O口。ARM通過兩個(gè)片選信號(hào)選擇實(shí)現(xiàn)對(duì)一次、二次回路的ADE7753測(cè)量數(shù)據(jù)查詢與采集。值得注意的是，ADE7753的電流通道輸出數(shù)據(jù)較電壓通道更穩(wěn)定。這點(diǎn)可以從圖2中ADE7753的測(cè)量流程可看出，其電流通道中多了HPF環(huán)節(jié)和數(shù)字積分器環(huán)節(jié)。因此，在對(duì)一次回路測(cè)量時(shí)將電壓信號(hào)加在第1個(gè)ADE7753的電壓通道，而將二次回路的電壓信號(hào)加在第2個(gè)ADE7753的電流通道。實(shí)際上，由于一次、二次回路的電壓都是相電壓220 V，這樣取第2個(gè)7753電流通道的輸出值作為相電壓的測(cè)量值會(huì)更加精確?？煽闯?，選用2片ADE7753實(shí)施單相電力計(jì)量裝置的監(jiān)測(cè)，不僅可以同時(shí)測(cè)出一次、二次回路各項(xiàng)參數(shù)，且可獲得更高的精度。這對(duì)提高儀表整體的精度等級(jí)是很有意義的。

　　2.3 時(shí)鐘電路

　　為了開機(jī)后實(shí)時(shí)顯示日期及時(shí)鐘，并在打印輸出結(jié)果時(shí)給出時(shí)間信息，采用時(shí)鐘芯片DS1302設(shè)計(jì)日歷電路。而為了掉電后仍能保持時(shí)鐘，配備3.6 V鋰電池。同時(shí)，時(shí)鐘可用于對(duì)ADE7753輸出高頻脈沖CF進(jìn)行電能計(jì)量。

　　2.4 微型打印機(jī)與電源

　　選用煒煌微型熱敏打印機(jī)，其內(nèi)置字庫，與ARM處理器的通信接口為并行接口。要注意的是，打印機(jī)對(duì)電源的功率及紋波有一定要求，因此選用了DC/DC隔離模塊為其供5 V電源。整機(jī)電源考慮到寬電壓變化范圍及方便攜帶的要求，沒有選擇變壓器線性穩(wěn)壓電源，而是選擇了AC/DC開關(guān)電源。

　　3 控制器設(shè)計(jì)

　　3.1 控制器選擇

　　監(jiān)測(cè)儀選用一款成熟的ARM7內(nèi)核處理器S3C44B0X實(shí)現(xiàn)。作為嵌入式控制器，S3C44B0X的任務(wù)是完成人機(jī)界面的控制，實(shí)現(xiàn)矩陣鍵盤輸入檢測(cè)，開機(jī)動(dòng)畫顯示、功能菜單、數(shù)據(jù)及曲線顯示、電子說明書以及圖片幻燈展示等豐富的交互功能。這些復(fù)雜的鍵盤操作要與對(duì)應(yīng)顯示畫面配合完成，若選擇單片機(jī)作為控制器，程序編寫復(fù)雜，調(diào)試難度也增加。而選擇ARM通過操作系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)移植，可簡化這部分工作，且界面操作也更流暢。

　　3.2 基于S3C44B0X的μC/GUI嵌入式系統(tǒng)軟件移植

　　選用μC操作系統(tǒng)進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。μC/GUI是一種嵌入式應(yīng)用中的圖形支持系統(tǒng)。它為任何使用LCD圖形顯示的應(yīng)用提供高效的獨(dú)立于處理器和LCD控制器的圖形用戶接口，適用單任務(wù)或是多任務(wù)系統(tǒng)環(huán)境，并適用于任意LCD控制器和CPU下任何尺寸的真實(shí)顯示或虛擬顯示。μC/GUI的設(shè)計(jì)架構(gòu)是模塊化的，由不同的模塊中的不同層組成，由一個(gè)LCD驅(qū)動(dòng)層來包含所有對(duì)LCD的具體圖形操作，μC/GUI可以在任何的CPU上運(yùn)行，因?yàn)樗?00%的標(biāo)準(zhǔn)C代碼編寫的。μC/GUI作為源代碼開放的圖形系統(tǒng)，則可提供包括豐富的二維繪圖庫、多字體及可擴(kuò)充字符集、Unicode、位圖顯示、多級(jí)RGB(Red，Green，Blue)及灰度調(diào)整、動(dòng)畫優(yōu)化顯示、具有Windows風(fēng)格的對(duì)話框和預(yù)定義控件(按鈕、編輯框、列表框、進(jìn)度條、單選多選框、滑動(dòng)條等)。而且對(duì)鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏等輸入設(shè)備和雙LCD輸出的支持，目前在具有圖形界面的嵌入式測(cè)控系統(tǒng)中得到廣泛地應(yīng)用。

　　4 結(jié) 語

　　綜上所述，系統(tǒng)基于2片電能計(jì)量芯片ADE7753，特別是利用ADE7753電流通道精度高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)對(duì)電壓進(jìn)行采樣，實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)量裝置的一次及二次回路的同時(shí)在線測(cè)量，可以提高儀表的整體精度。通過對(duì)綜合誤差、電表誤差及互感器誤差等關(guān)鍵計(jì)量參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可使電力管理部門及時(shí)校對(duì)計(jì)量裝置的誤差，防止竊電現(xiàn)象發(fā)生。并且基于ARM處理器，通過μC/GUI嵌入式操作系統(tǒng)的移植，使得人機(jī)界面操作部分的實(shí)現(xiàn)更容易，功能更強(qiáng)大，操作也更加人性化。