基于R7F0C004的国网单相智能电能表的设计_论文

发布于:2021-06-24 15:23:36

《计 t与测试 技术》2016年 第43卷 第2期  基 于 R7 FO C004的 国 网 单 相 智 能 电 能 表 的 设 计  周  顿  卢 文斌  (深圳市计量质量检测研究 院 ,广东 深圳 518000)  摘 要 :本 文设计 了一种新型的符合国网 2013版本标准的智 能电能表 ,对它的设计原理和通信抄表 的实现做了详尽的 阐述 。该 电能表采用 了基 于 RENE.  SAS单片机 R7FOC004为主控芯 片的硬件*台 ,实现了实 时时钟 、数据存储 、数据通信 、电量采集 、液 晶显示 、费控等功能 ,并针 对电能表的特点做 了软件 的  可 靠 性 设 计 。  关键词 :电能表 ;单相 ;智能  中图分类号 :TB9  文献标识码 :A  国家标准学科分 类代码 :410.55  DOI:10.15988/j.cnki.1004—6941.2016.02.003  The Design of Single——Phase Intelligent Electric M eter Based on R7 FO C004  Zhou Di  Lu W enbin  0 前 言  值 、功率值 通过 LCD驱 动 显示 在 LCD上 ,同时 把 电量 经  2013年 ,国家 电 网公 司发 布 了新 的技 术 标 准 ,对 于  过 I2C总线 写入 到 EEPROM 中 。EEPROM 中除 了保 存  单 相智 能 电能表 提 出了一 些新 的功能需 求 。本文 就针 对  2009版本 的 电能 表标 准 以及 2013年 版本 的 电能表 标 准  提 出了新 型的单 相智 能 电能表 的设 计 和实现 。该 电能 表  设 计采 用 自带 LCD液 晶驱 的 R7FOC004作 为 主控 芯 片 ,  搭配其 他 可靠 的外 围器件 。再结 合 可 靠 的 软件 设 计 ,能  完美 的实 现 2013年版 本 的 电能表 的技 术标 准 。  1 系统 组成  电量信息外 ,还有各种事件的记录以及通信地址 ,表号等  信息。这些信息可以通过红外 、485、载波接 口通讯抄读和  设置 ,也 可以在 LCD上显示 。单 片机又根据 接 口接 收到 的  指令经过 ESAM的处理对继 电器动作来实现费控功能。  2 硬件 设计  硬件设计分为主控模块 、计量模块 、电源模块 、通信  模 块 、显示 控制 模块 。主控 单 片 机 采 用 的是 R7F0C004,  其基本 特性 如下 :1.6V~5.5V宽 电压 供 电 ;运行 环 境 温  度可 以从 (一40~ +80)℃ ;有 主 系 统 时 钟 ,副 系 统 时 钟  以及 用 于低功 耗模式 内部 低 速振 荡 时 钟 ;集 成 了 电压 检  测 电路 ,方 便做 掉 电数 据 存 储 ;内置 l0位 A/D转 换 器 ,  可 快速实 现 电池 电压 的检 测 ;具 有 8个 16位 定 时器 和 1  个 12位间隔定器可 以为各个功能模块独立提供时钟以  提 高抗 干扰 性 ;具 有 丰 富 的 外 设 ,4个 UART接 口、1个  IIC接 口 、2个 7816接 口以及 自带 LCD驱 动能 完 全 满 足  新 国网智能 表 的功能设 计要 求 。下面就 针对 主要 功能 模  图 1  单 相 智 能 电 能表 系统 框 架  单相 智 能 电能 表 的系统 框架如 图 1所 示 。实现 原理  为 :电网 的电压 、电流 通过 电阻分 压和锰 铜分 流器 被计 量  芯片采样过来 ,计量芯片通过计算把电压值 、电流值和功  率值通过 SPI总线传给单片机 ,而电量 以脉 冲方式传给  单 片机 。单 片机 经过 一系列 的处 理把 电量 、电压值 、电流  块 的硬件 电路设 计做 一个 简要分 析 :  2.1 主控模  主控 模块 由单 片机 RTFOC004、EEPROM 存 储 器 、时  钟芯 片 、ESAM 芯 片 组 成 。单 片 机 和外 围 的各 个 器 件 相  连 ,通 过 丰 富 的 接 口完 成 需 要 的功 能 的 交 互 ;EEPROM  存储用来存储各种有用 的信息,通过单 片机数据可以被  基金项 目:深圳市费控 l智能电能 表)综合检测服务*台 项 目编号 :DGFW20140320010011  收 稿 日期 :2016—01一Il  周顷 :基 于R7FOCO04 的国冈单相 智能 电能表 的设计  读 出 或 者 写 入 ;时 钟 芯 片 选 用 的 是 日本 爱 普 生 的  RX8025T,用来给系统提供标准的 日期时间 ,精度可达到  5ppm,远 远 高 于 国网要 求 的 0.5s/d;使 用 国密 SM1算 法  的 ESAM 芯片 通过 7816接 口和单 片 机进 行信 息交 互 ,能  安全 可靠 的加解 密 费控 数据 ,如 实现 拉合 闸功能 、报警 功  能 、保 电功 能 以及数 据 回抄 等功 能 。  2.2 计 量模 块  计 量模 块 采 用 高 精 度 的计 量 芯 片 AT90E25来 实 现  电压 、电流 的采 样 ,经 过一 系列 的计 算把 电量 以脉 冲方式  通过光耦隔离传给单片机 ,其余的数据通过 SPI总线传  给单片机 。电压采样是 经过高精度 的电阻网络分压得  到 ,电流采 样 是经 过一 个锰 铜 分流 器得 到 。  2.3 电源模 块  电源 模块 是 整 个 电 能 表 设 计 中 的 重 点 ,交 流 220V  通 过 热敏 电阻和压 敏 电阻 的保 护 经过 线性 变压 器 的隔 离  和变化 ,整流 滤波 后 具 有 3路 电 源 。一 路 经 过 三 端 稳 压  管 78L05输 入 给 485通 信 电路 ;一 路

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