基于ARM2136与ATT7022B多功能电力仪表的设计

【摘 要】介绍一种多功能电力仪表的设计方案.系统以ARM2136为控制核心,三相电能专用计量芯片ATT7022B采集电能参数,采用软件校表,具有高精度、多功能等优点.同时模块化设计提高了系统的稳定性,减小了系统的功耗.

【关 键 词】多功能电力仪表；ATT7022B；ARM2136；SPI

随着科学技术和经济的发展,人们对电能质量监控的要求也越来越高.即要求仪表对供配电系统运行过程中的电力参数进行实时测量,同时能对采集的数据信息进行实时传输和显示,以便对电能质量问题做出决策.基于以上要求,本文设计了一种多功能电力仪表.

1　系统总体设计方案

1.1　系统结构

系统主要由ARM微处理器NXP2136、ATT7022B电能芯片、LCD显示电路、远程通讯电路、按键、开入、开出电路组成,其系统框图如图1-1所示.整个系统分为四大模块即电能参数计量模块、数据处理模块、通讯模块、显示模块.

系统采用的高精度三相电能专用计量芯片ATT7022B集成了六路二阶sigma-delta　ADC、参考电压电路以及所有功率、能量、有效值、功率因数以及频率测量的数字信号处理等电路.具有计量参数齐全、校表功能完善等优点.它与ARM通过标准的SPI总线相连接,实现的数据交换.

LCD与ARM通过并口连接,实现数据的快速显示.

采用了ARM的UART接口与周立功公司的RS485器件实现通讯功能.最高速率可达115200.

开入开出主要用于系统可编程功能.

系统采用的NXP2136微处理器,拥有丰富的外设接口,如I2C,SPI,UART等等.方便实现与外部部件的连接.

1.2电能计量电路设计

模拟量处理主要完成强弱电隔离、变换工作,主要使用了电压互感器,电流互感器以及滤波需要的电阻电容构成.

本装置的测量对象为工业用户的低压电网以及35kV以下的高压电网,故输入电压范围定为0～300　V　AC.电压互感器采用ZMPT107系列电流型电压互感器,电流互感器采用ZMCT102系列电流互感器.

ZMPT107系列电流型电压互感器,额定输入电流为2mA,额定输出电流为2mA,电路图如图1-2所示.

图中,150k电阻的作用是将300V电压信号转变成2mA的电流信号输入互感器.250欧姆电阻作用为将2mA的电流值转变成0.5V的电压信号.

ZMCT102系列电流互感器,额定输入电流为5A,额定输出电流为2.5mA.工作原理同电压回路.电路图如图1-3所示.

1.3　ATT7022B数据的读取

本装置的关键点就是ARM与ATT7022B之间的数据读取工作,两者器件之间采用SPI通讯接口连接,完全满装置的要求.

SPI（Serial　Peripheral　Interface--串行外设接口）总线系统是一种同步串行外设接口.该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCLK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线SS.

接口电路如图1-4所示.

为了提高读取数据的准确性,装置的抗干扰能力,需要在数据线上加人低通阻容电路.EMC实验证明加入了阻容电路后,读取数据的可靠性显著提高.

1.4　通讯模块设计

本装置主要的通讯功能是通过上位机设置、修改、读取系统工作的相关参数,如时间,电参数,PT/CT变比等.

装置初始化成功后,系统将等待通讯中断的发生,当有通讯中断产生后,将进入通讯中断程序进行相应的程序流程.本装置采用标准的MODBUS协议.

2　软件设计

装置软件主要由ATT7022B器件、液晶显示模块、通讯模块、开入、开出、按键初始化,如有故障将给出报警提示,如正常将进行数据读取、通讯程序、按键、开入采集、开出控制等工作,软件结构如