隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展以及配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的實施,，進一步促進了電能質(zhì)量問題的研究及其檢測裝置的研制,，以往采用多個采樣模塊加上多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和高分辨率的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器構(gòu)成一個同步采樣模塊的方式逐漸被帶DSP功能的專用高精度計量芯片所替代,。與傳統(tǒng)電表相比，本文方案采用低功耗單片機STC89C51和炬力公司的三相電能專用計量芯片ATF7022B來實現(xiàn)防竊電電能表,，具有高精度,、低功耗、防竊電等特點,，用RS485通信可以方便遠程抄表,，遠程校表等功能,。
1 電能計量芯片ATT7022B
1．1 ATT7022B的功能及結(jié)構(gòu)
ATT7022B是一款多功能防竊電三相電能計量專用芯片,，該芯片適用于三相三線和三相四線的應(yīng)用。它集成了7路二階sigma-deatlADC,，其中3路用于三相電壓采樣,，3路用于電流采樣，還有1路可用于零線電流或其他防竊電參數(shù)的采樣,、輸出采樣數(shù)據(jù)和有效值,，使用方便。它集成了參考電壓電路以及所有包括基波,、諧波和全波的各項電參數(shù)測量的數(shù)字信號處理電路,，能夠測量各相及合相包括基波、諧波和全波的有功功率,、無功功率,、視在功率、有功能量以及無功能量,，同時還能測量頻率,、各相電流及電壓有效值、功率因數(shù),、相角等參數(shù),，提供兩種視在能量(PQS，RMS),。
ATT7022B的內(nèi)部框圖如圖1所示,，內(nèi)部主要包括模擬信號采樣、數(shù)字信號處理及SPI通信接口等電路,。
1．2 ATT7022B數(shù)據(jù)采集計量模塊的設(shè)計
數(shù)據(jù)采集計量模塊的設(shè)計是以電能計量芯片ATT7022B為核心,，包括電壓及電流模擬輸入、脈沖輸出,、電源及SPI通信接口等電路的設(shè)計,。
模擬輸入電路設(shè)計：該部分電路主要由電流、電壓互感器,、抗混疊濾波器和參考電壓輸入電路組成,。從互感器出來的信號,，經(jīng)過濾波處理后。消除了干擾信號,，再疊加上一個參考電壓信號,，即可送入ATT022B的A／D轉(zhuǎn)換器進行采樣，如圖2所示,。
SPI通信接口電路設(shè)計：ATT7022B內(nèi)部集成了一個SPI串行通信接口,，通過該接口可方便的實現(xiàn)與外部微處理器的通信。SPI口包含2條控制線和2條數(shù)據(jù)線,，分別為CS,，SCLK，DIN和DOUT,。ATT7022B與外部MCU的SPI通信接口,，如圖3所示。
2 硬件系統(tǒng)構(gòu)成及主要模塊
2．1 系統(tǒng)基本原理
該系統(tǒng)主要以單片機STC89C51為控制核心,。三相電壓電流通過電壓互感器,，電流互感器轉(zhuǎn)換后，接入三相專用電能計量芯片ATT7022B實時采集變壓器的參數(shù),，通過SPI接口將采集的各種參數(shù)送入單片機STC89C5l,；同時，單片機通過串口建立通信,，將數(shù)據(jù)上傳到中心站,，可以根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進行開關(guān)量的采集。電能表的硬件設(shè)計分成數(shù)據(jù)采集計量模塊設(shè)計,、主控制模塊(MCU)設(shè)計,、電源模塊設(shè)計等3部分，如圖4所示,。
2．2 存儲器的選擇
在電表中一個重要的問題就是數(shù)據(jù)的保存,，數(shù)據(jù)的存儲不但要正確而且還要及時，如果檢測到的數(shù)據(jù)不能及時寫入存儲器或者是寫入錯誤,，都會使電能表的精度大為下降,，在傳統(tǒng)的電子電表中，多采用電可擦除可編程存儲器(EEPROM)來保存,。但是EEPROM速度慢,，有10 ms的寫周期，掉電后必須有掉電檢測電路,，這樣會使測到的數(shù)據(jù)不可靠,，EEPROM的擦寫次數(shù)比較少，不能及時地輸入數(shù)據(jù),。鑒于EEPROM有以上的缺點,，本系統(tǒng)的設(shè)計采用了鐵電存儲器FM3104,，解決了上述問題。FM3104具有非易失性,、擦寫次數(shù)多,、速度快、功耗低的特點,。鐵電存儲器與微處理器的接口電路設(shè)計如圖5所示,，應(yīng)用本方案使硬件電路簡化，而且提高了精度,。
2．3 系統(tǒng)的其它部分模塊
系統(tǒng)的其它部分主要有電源模塊,、LCD液晶顯示和RS485接口模塊。系統(tǒng)內(nèi)部有許多功能模塊,，需要多種不同電壓的直流電源供電,，采用VAF505構(gòu)成電源模塊,，為系統(tǒng)提供抗干擾性和可靠性的直流電源,。為了達到好的顯示效果，采用北京青云公司生產(chǎn)的LCMl2864P中文液晶顯示模塊,，該顯示模塊可實現(xiàn)漢字,、ASCII碼、點陣圖形的同屏顯示,，廣泛用于各種儀器儀表,、家用電器和信息產(chǎn)品上作為顯示器件。RS485通信接口允許在簡單的一對雙絞線上進行多點,、主從式半雙工通信,，它所具有的噪聲抑制能力、數(shù)據(jù)傳輸速率,、傳輸距離以及可靠性等是其他標(biāo)準(zhǔn)所無法比擬的,。本終端采用RS485總線與外部電能表進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)遠程抄表,?？偩€驅(qū)動芯片選用SN65ALSl76D完成RS485通信收發(fā)功能。
3 軟件設(shè)計
采用模塊化設(shè)計思想,，單片機軟件設(shè)計主要包括主程序,、初始化程序、ATT7022B復(fù)位程序,、SPI通信程序,、數(shù)據(jù)采集程序和數(shù)據(jù)發(fā)送程序。系統(tǒng)還包括3個中斷程序：ATT7022B異常判定中斷程序,、定時中斷程序和串口通信中斷程序,。
4 結(jié)束語
以STC89C51單片微處理器為核心,，利用專用計量芯片ATT7022B的電能計量能力實現(xiàn)對有功、無功,、視在功率,、雙向有功和四象限無功電能，以及電壓和電流有效值,、相位,、頻率等電參數(shù)的準(zhǔn)確測量。電表的線路設(shè)計簡單,、計量精度高,。此電表目前已經(jīng)投入批量生產(chǎn)，運行良好,。