基于ATT7022在線寬量程電能測量儀的設計

摘 要：本文對ATT7022的性能特點和電路結(jié)構(gòu)，以及實時在線寬量程測量系統(tǒng)的方案、系統(tǒng)的組成，包括硬件的配置、軟件設計、工作原理、功能和技術(shù)性能進行了論述。
關鍵詞：ATT7022; 實時測量; 寬量程; 儀表

引言
基于ATT7022芯片的設計旨在使設計方案合理、成為性價比較好的產(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，可實現(xiàn)多個量程之間的自動平滑切換，且三相四線或三相三線可人工轉(zhuǎn)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(jù)要求從鍵盤輸入互感比、盤轉(zhuǎn)數(shù)和測定轉(zhuǎn)數(shù)，并能隨時修正，以及從液晶屏上實時顯示誤差百分比、三相電壓、三相電流、相位、功率因數(shù)、向量圖、功率和電能等參數(shù)，未工作時顯示菜單。

圖1 ATT7022的內(nèi)部電路框圖

圖2 系統(tǒng)總圖

圖3 輸入接口電路
ATT7022的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)
如圖1所示，ATT7022的內(nèi)部主要包括電源監(jiān)控電路、ADC和計量模塊。電源監(jiān)控電路對模擬電源(AVcc)進行監(jiān)控，當電源電壓低于4V5%時，芯片將被復位。ATT7022片內(nèi)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(tǒng)硬件實現(xiàn)方案
系統(tǒng)整體方案設計如圖2所示，該系統(tǒng)主要分為5個部分：前端采集模塊、運算處理模塊、存儲模塊、鍵盤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計量芯片ATT7022同時采集，依據(jù)采集電流的大小進行判斷識別、自動切換數(shù)據(jù)傳輸和接收。

本文選擇的電流互感器規(guī)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(guī)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實現(xiàn)與ATT7022芯片的數(shù)據(jù)通信，并進行相應運算、驅(qū)動LCD顯示、控制鍵盤輸入、數(shù)據(jù)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8位的雙向并行口，一個額外的4位尋址I/O口(Port 4), 3個16-bit timer/counters, 一個watchdog timer 和一個標準的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(shù)據(jù)存儲地址空間， 雙數(shù)據(jù)尋址指針，時鐘工作頻率達40MHz。

存儲模塊
數(shù)據(jù)的緩沖采用8KB RAM (HM6264B) ；數(shù)據(jù)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(qū)動模塊，320240彩色液晶屏。由單片機驅(qū)動顯示。

通信模塊
采用RS-232和USB(CH375)接口，實現(xiàn)計算機對電流鉗校驗參數(shù)、校表參數(shù)的寫入和顯示數(shù)據(jù)的輸出控制。

系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)
驅(qū)動程序
顯示驅(qū)動程序：LCD 顯示驅(qū)動程序主要負責顯示實時數(shù)據(jù)的大小、位置、顏色、色度、閃爍速度、光標處理等與硬件有關的操作，作為顯示數(shù)據(jù)和硬件之間的載體。

鍵盤驅(qū)動程序：主要完成掃描和鍵值的返回及按鍵次數(shù)的判斷。

存儲驅(qū)動程序：主要完成整型、實型、浮點型等數(shù)據(jù)的存儲和讀取，完全屏蔽硬件和數(shù)據(jù)類型的差異。

采樣驅(qū)動程序： 主要完成與ATT7022電路有關的功率、能量、有效值、功率因數(shù)以及頻率測量等有效參數(shù)的讀取和開機校表數(shù)據(jù)的讀入。

運算程序
主要完成對讀入的采集信號值進行比較，計算誤差百分比、常規(guī)的比例運算、非常規(guī)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)顯示及動態(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(shù)等數(shù)據(jù)通信。

結(jié)語
本文設計的基于ATT7022的在線寬量程電能測量儀能夠?qū)崿F(xiàn)在線寬量程電能(不同電流、電壓范圍)的精確測量，并可以與其它測量設備進行在線實時誤差比較分析，求出誤差百分比。實時顯示相關數(shù)據(jù)。經(jīng)實際測試，系統(tǒng)運行良好。