如何基于C2000內(nèi)置12位ADC設(shè)計(jì)電能計(jì)量方案？

3.2.2 電壓電流角差校準(zhǔn)

電壓電流的角度補(bǔ)償使用的是軟件同步。

角差補(bǔ)償使用下面公式

fM是電網(wǎng)頻率。如果fM=50Hz，fm=256×4096=1MHz，每個(gè)步長(zhǎng)是0.017°，當(dāng)功率增益和偏置都校準(zhǔn)完畢后，才對(duì)角差進(jìn)行校準(zhǔn)。步驟如下：

1. 在100%Ib點(diǎn)，設(shè)置功率因數(shù)為0.5L。

2. 獲取當(dāng)前脈沖的誤差E。并將E帶入下面公式

公式計(jì)算如下例：

1. E =0.3%

2. 原始的 P1_PHASEn = 6

3. 新的 P1_PHASEn+1 =10+6=16

3.2.3 電壓增益校準(zhǔn)

電壓增益校準(zhǔn)步驟如下：

1. 將電壓設(shè)置成固定的電壓值，如：220V

2. 如下公式

3. 設(shè)置VRMS_FACTORn+1 到功率增益寄存器，步驟如下：

1) VRMSGEN = 220V and VRMSmeasure = 219V

2) 原始的 VRMS_FACTORn = 2000

3) 新的 VRMS_FACTORn+1 =2000*220/219=2009

3.2.4 電流增益校準(zhǔn)

此校準(zhǔn)類同電壓增益校準(zhǔn)。

3.3 校表軟件使用

3.3.1 校表軟件界面介紹

圖4的校表軟件界面分為5個(gè)模塊：1，串口連接模塊;2，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模塊;3，校正數(shù)據(jù)設(shè)置模塊;4，校正數(shù)據(jù)讀出模塊;5、通訊數(shù)據(jù)模塊。

3.3.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模塊使用

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模塊將電表實(shí)時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)通過(guò)串口讀出在校表軟件中顯示，實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)包括：Voltage(V)有效電壓值(單位：伏特)，Current(A)有效電流(單位：安培)，Active Power(W)有功功率(單位：瓦特)，Reactive Power(Var)無(wú)功功率(單位：乏)，Apparent Power(VA)視在功率(單位：伏安)，Power Factor 功率因素Frequency(Hz)頻率(單位：赫茲)。點(diǎn)擊Read按鈕，可以顯示電表實(shí)時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)。

3.3.3 校正數(shù)據(jù)設(shè)置模塊使用

校表軟件目前只支持Voltage Gain有效電壓增益、Current Gain有效電流增益、Power Gain有功功率增益、Phase Offset相位偏置單點(diǎn)校正。默認(rèn)電壓校正點(diǎn)為：220V有效電壓，電流校正點(diǎn)為：1A有小電流，有功功率校正點(diǎn)為：220W;相位偏置校正點(diǎn)為：220V、1A、0.5L。

校正步驟：

1，使用校表儀器輸出220V有效電壓，1A有效電流，功率因素1.0的信號(hào)，送至電表電壓、電流輸入端;

2，在Volage Gain中輸入默認(rèn)有效電壓校正值220，點(diǎn)擊Setting設(shè)置;

3，在Current Gain中輸入默認(rèn)有效電流校正值1，點(diǎn)擊Setting設(shè)置;

4，在Power Gain中輸入默認(rèn)有功功率校正值220，點(diǎn)擊Setting設(shè)置;

5，使用校表儀器輸入有效電壓，1A有效電流，功率因素0.5的信號(hào)，送至電表電壓、電流輸入端;

6，在Phase Offset中輸入offset值，一個(gè)單位對(duì)應(yīng)0.02°，輸入一個(gè)數(shù)值，然后通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)窗口讀出新的功率因素，反復(fù)校正，直至讀出功率因素接近0.5即可;

7，校正完畢后，點(diǎn)擊Save保存數(shù)據(jù)，電表將最后的校正數(shù)據(jù)保存至MCU FLASH中。

3.3.4 校正數(shù)據(jù)讀出模塊使用

校正數(shù)據(jù)讀出模塊可以通過(guò)串口將電表FLASH存儲(chǔ)的V Gain，I Gain，Phase Offset，P Gain校正數(shù)值的讀出。

3.3.5 通訊數(shù)據(jù)模塊使用

通訊數(shù)據(jù)模塊實(shí)時(shí)顯示串口收發(fā)的數(shù)據(jù)。設(shè)置過(guò)程中如果出現(xiàn)“Time out!”提示，表示連接超時(shí)，應(yīng)當(dāng)檢查通訊線路連接，然后重新發(fā)送命令。校正數(shù)據(jù)設(shè)置成功后，通訊數(shù)據(jù)模塊提示“Set successful!”。通過(guò)按鍵Clear Logs，可以清空通訊數(shù)據(jù)窗口歷史數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

4.1 硬件平臺(tái)

本方案在C2000F280270 Control Pad上進(jìn)行搭建了測(cè)試平臺(tái)，并在標(biāo)準(zhǔn)的電能表測(cè)試設(shè)備上進(jìn)行了精度測(cè)試。圖5為實(shí)際測(cè)試的樣機(jī)：

4.2 軟件資源占用

本方案占用的C2000資源如下表所示。

4.3 測(cè)試數(shù)據(jù)

本方案測(cè)試精度如下：

電壓電流頻率

有功功率和無(wú)功功率：

功率因素：