一種串口三相電能采集設備的研制
2014-10-30 16:26:06游小榮
物聯(lián)網(wǎng)技術 2014年10期
游小榮
摘 要：為了能通過串口采集電能參數(shù)，完成一種基于串口的三相電能采集設備的研制，設計了電能采集設備的硬件和軟件部分。其中硬件采用MCU+專用電能計量芯片的結構，結構簡單；軟件則用于實現(xiàn)輸入、輸出、三相電能參數(shù)的采集和串行通信等功能。該電能采集模塊通過串口與上位機相連，可定期向上位機發(fā)送地址、電壓、電流等參數(shù)。經(jīng)長時間運行測試，該三相電能采集設備運行穩(wěn)定、功耗低，其精度可以滿足用電監(jiān)控的要求。
關鍵詞：電能采集；ATT7022B；MSP430；串口
中圖分類號：TM933.3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1302（2014）10-00-02
0 引 言
隨著智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，具備傳輸能力的電能采集設備將會呈現(xiàn)大規(guī)模市場需求。國內市場上電能采集的設備有很多，其硬件架構大致可分為三類：一種是基于通用芯片架構，一種是基于專用電能計量芯片架構，還有一種是MCU+專用電能計量芯片架構。
本文研制的三相電能采集設備基于MCU+專用電能計量芯片架構，采用MSP430 f149微處理器作為主控芯片，ATT7022B芯片負責采集三相電的電能參數(shù)。采集結果可通過液晶屏顯示，還可通過串口發(fā)送至上位機。
1 系統(tǒng)設計
圖1 系統(tǒng)結構組成圖
圖1所示為三相電能采集設備結構組成圖。圖中，ATT7022B芯片與三相電壓互感器、三相電流互感器直接相連，負責采集電能參數(shù)，具體包括三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因素。MSP430作為主控芯片，不僅要處理鍵盤輸入、液晶屏幕輸出、串口讀寫、還要讀取ATT7022B芯片采集到的數(shù)據(jù)。
2 硬件設計
2.1 微處理器電路
本文選用MSP430 f149作為主控芯片，負責處理輸入、輸出、串口讀寫、讀取ATT7022B芯片采集的數(shù)據(jù)等功能。它與ATT7022B芯片的具體硬件連接如圖2所示。
2.2 專用電能采集電路
ATT7022B芯片是一種專用電能計量芯片，支持三相電電壓、電流模擬輸入，其硬件連接圖如圖3所示。其中，V1N、V1P為A相電流輸入，V3N、V3P為B相電流輸入，V5N、V5P為C相電流輸入，V7N、V7P為N相（零線）電流輸入，V2N、V2P為A相電壓輸入，V4N、V4P為B相電壓輸入，V6N、V6P為C相電壓輸入，V8N、V8P為N相電壓輸入。
圖3 ATT7022B芯片的外圍硬件電路圖
2.3 電壓互感器輸入電路
本電能采集設備支持三相電輸入，加上零線共四根線輸入。圖4所示是其電路圖，其中JU用于連接被測量的三相電以及零線。
圖4 電壓互感器硬件連接圖
2.4 電流互感器電路
本電能采集設備可支持三相電以及零線共4路信號，4路信號穿過電流互感器，其電路圖如圖5所示，其中Ji用于連接電流互感器輸出的兩根線。
圖5 電流互感器硬件連接圖
3 軟件設計
本文的三相電力采集設備的軟件部分主要包括初始化（時鐘、液晶屏、定時器、串口等）、使能各中斷向量、中斷服務處理（鍵盤輸入、定時電能參數(shù)讀取、串口輸入輸出）程序、LCD顯示、軟件校正。其中主程序為一個死循環(huán)程序，一但遇到中斷，則處理中斷服務程序，處理完成后返回主程序繼續(xù)執(zhí)行。
4 測 試
實驗方案：經(jīng)信號發(fā)生器產(chǎn)生被測信號，測量電路中的電壓和電流，并與本文中的三相電力采集設備測量結果進行對比。其中，標準輸入電壓取120 V、140 V、180 V、200 V以及220 V，標準輸入電流取1 A、2 A、3 A、4 A，經(jīng)本電力采集設備測量后的結果如表1所列，其中Dmax為A、B、C三個誤差絕對值中最大的除以輸入電壓。
表1 實驗結果對比 電壓（V） 電流（A）
輸入 100 140 180 220 1 2 3 4
A相 100.153 140.112 180.117 220.139 1.004 2.003 3.005 4.008
B相 99.992 139.825 180.133 219.862 0.997 1.993 2.993 3.991
C相 99.995 140.056 180.026 220.043 1.007 1.997 2.996 4.006
Dmax
（%） 0.15 0.13 0.07 0.06 0.70 0.35 0.23 0.22
從表1可以看出，其測量誤差均在0.2%以內，能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)用電數(shù)據(jù)采集的精度要求。
5 結 語
本文以MSP430 f149作為主控芯片，超過ATT7022B芯片采集電能各項參數(shù)，并可通過串口將電能各項參數(shù)送至上位機。經(jīng)校正測試后發(fā)現(xiàn)，該電能采集設備具有精度高、結構簡單以及成本低等優(yōu)點。目前，該電能采集設備已經(jīng)成功應用到校園用電監(jiān)控系統(tǒng)中，運行狀況良好。
參考文獻
[1]朱琳. ATT7022B在電力參數(shù)測量中的應用[J]. 測控技術，2007，26（1）：9.
[2]呂小強. 基于ARM和ATT7022B 的智能電表系統(tǒng)[J]. 中國測試，2012，38（1）：94-95.
[3]張瑞占， 屈百達. 基于ATT7022B三相精確計量智能電能表設計[J]. 電子測量技術，2008， 31（9）：150-151.
[4]黃鶴松. 基于ATT7022B的多功能電能表系統(tǒng)的設計[J]. 電測與儀表，2011（48）：63-65.
[5] 崔娟. 基于ATT7022B高精度智能電表的設計[J].電子科技，2010，23（2）：46-47.
摘 要：為了能通過串口采集電能參數(shù)，完成一種基于串口的三相電能采集設備的研制，設計了電能采集設備的硬件和軟件部分。其中硬件采用MCU+專用電能計量芯片的結構，結構簡單；軟件則用于實現(xiàn)輸入、輸出、三相電能參數(shù)的采集和串行通信等功能。該電能采集模塊通過串口與上位機相連，可定期向上位機發(fā)送地址、電壓、電流等參數(shù)。經(jīng)長時間運行測試，該三相電能采集設備運行穩(wěn)定、功耗低，其精度可以滿足用電監(jiān)控的要求。
關鍵詞：電能采集；ATT7022B；MSP430；串口
中圖分類號：TM933.3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1302（2014）10-00-02
0 引 言
隨著智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，具備傳輸能力的電能采集設備將會呈現(xiàn)大規(guī)模市場需求。國內市場上電能采集的設備有很多，其硬件架構大致可分為三類：一種是基于通用芯片架構，一種是基于專用電能計量芯片架構，還有一種是MCU+專用電能計量芯片架構。
本文研制的三相電能采集設備基于MCU+專用電能計量芯片架構，采用MSP430 f149微處理器作為主控芯片，ATT7022B芯片負責采集三相電的電能參數(shù)。采集結果可通過液晶屏顯示，還可通過串口發(fā)送至上位機。
1 系統(tǒng)設計
圖1 系統(tǒng)結構組成圖
圖1所示為三相電能采集設備結構組成圖。圖中，ATT7022B芯片與三相電壓互感器、三相電流互感器直接相連，負責采集電能參數(shù)，具體包括三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因素。MSP430作為主控芯片，不僅要處理鍵盤輸入、液晶屏幕輸出、串口讀寫、還要讀取ATT7022B芯片采集到的數(shù)據(jù)。
2 硬件設計
2.1 微處理器電路
本文選用MSP430 f149作為主控芯片，負責處理輸入、輸出、串口讀寫、讀取ATT7022B芯片采集的數(shù)據(jù)等功能。它與ATT7022B芯片的具體硬件連接如圖2所示。
2.2 專用電能采集電路
ATT7022B芯片是一種專用電能計量芯片，支持三相電電壓、電流模擬輸入，其硬件連接圖如圖3所示。其中，V1N、V1P為A相電流輸入，V3N、V3P為B相電流輸入，V5N、V5P為C相電流輸入，V7N、V7P為N相（零線）電流輸入，V2N、V2P為A相電壓輸入，V4N、V4P為B相電壓輸入，V6N、V6P為C相電壓輸入，V8N、V8P為N相電壓輸入。
圖3 ATT7022B芯片的外圍硬件電路圖
2.3 電壓互感器輸入電路
本電能采集設備支持三相電輸入，加上零線共四根線輸入。圖4所示是其電路圖，其中JU用于連接被測量的三相電以及零線。
圖4 電壓互感器硬件連接圖
2.4 電流互感器電路
本電能采集設備可支持三相電以及零線共4路信號，4路信號穿過電流互感器，其電路圖如圖5所示，其中Ji用于連接電流互感器輸出的兩根線。
圖5 電流互感器硬件連接圖
3 軟件設計
本文的三相電力采集設備的軟件部分主要包括初始化（時鐘、液晶屏、定時器、串口等）、使能各中斷向量、中斷服務處理（鍵盤輸入、定時電能參數(shù)讀取、串口輸入輸出）程序、LCD顯示、軟件校正。其中主程序為一個死循環(huán)程序，一但遇到中斷，則處理中斷服務程序，處理完成后返回主程序繼續(xù)執(zhí)行。
4 測 試
實驗方案：經(jīng)信號發(fā)生器產(chǎn)生被測信號，測量電路中的電壓和電流，并與本文中的三相電力采集設備測量結果進行對比。其中，標準輸入電壓取120 V、140 V、180 V、200 V以及220 V，標準輸入電流取1 A、2 A、3 A、4 A，經(jīng)本電力采集設備測量后的結果如表1所列，其中Dmax為A、B、C三個誤差絕對值中最大的除以輸入電壓。
表1 實驗結果對比 電壓（V） 電流（A）
輸入 100 140 180 220 1 2 3 4
A相 100.153 140.112 180.117 220.139 1.004 2.003 3.005 4.008
B相 99.992 139.825 180.133 219.862 0.997 1.993 2.993 3.991
C相 99.995 140.056 180.026 220.043 1.007 1.997 2.996 4.006
Dmax
（%） 0.15 0.13 0.07 0.06 0.70 0.35 0.23 0.22
從表1可以看出，其測量誤差均在0.2%以內，能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)用電數(shù)據(jù)采集的精度要求。
5 結 語
本文以MSP430 f149作為主控芯片，超過ATT7022B芯片采集電能各項參數(shù)，并可通過串口將電能各項參數(shù)送至上位機。經(jīng)校正測試后發(fā)現(xiàn)，該電能采集設備具有精度高、結構簡單以及成本低等優(yōu)點。目前，該電能采集設備已經(jīng)成功應用到校園用電監(jiān)控系統(tǒng)中，運行狀況良好。
參考文獻
[1]朱琳. ATT7022B在電力參數(shù)測量中的應用[J]. 測控技術，2007，26（1）：9.
[2]呂小強. 基于ARM和ATT7022B 的智能電表系統(tǒng)[J]. 中國測試，2012，38（1）：94-95.
[3]張瑞占， 屈百達. 基于ATT7022B三相精確計量智能電能表設計[J]. 電子測量技術，2008， 31（9）：150-151.
[4]黃鶴松. 基于ATT7022B的多功能電能表系統(tǒng)的設計[J]. 電測與儀表，2011（48）：63-65.
[5] 崔娟. 基于ATT7022B高精度智能電表的設計[J].電子科技，2010，23（2）：46-47.
摘 要：為了能通過串口采集電能參數(shù)，完成一種基于串口的三相電能采集設備的研制，設計了電能采集設備的硬件和軟件部分。其中硬件采用MCU+專用電能計量芯片的結構，結構簡單；軟件則用于實現(xiàn)輸入、輸出、三相電能參數(shù)的采集和串行通信等功能。該電能采集模塊通過串口與上位機相連，可定期向上位機發(fā)送地址、電壓、電流等參數(shù)。經(jīng)長時間運行測試，該三相電能采集設備運行穩(wěn)定、功耗低，其精度可以滿足用電監(jiān)控的要求。
關鍵詞：電能采集；ATT7022B；MSP430；串口
中圖分類號：TM933.3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1302（2014）10-00-02
0 引 言
隨著智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，具備傳輸能力的電能采集設備將會呈現(xiàn)大規(guī)模市場需求。國內市場上電能采集的設備有很多，其硬件架構大致可分為三類：一種是基于通用芯片架構，一種是基于專用電能計量芯片架構，還有一種是MCU+專用電能計量芯片架構。
本文研制的三相電能采集設備基于MCU+專用電能計量芯片架構，采用MSP430 f149微處理器作為主控芯片，ATT7022B芯片負責采集三相電的電能參數(shù)。采集結果可通過液晶屏顯示，還可通過串口發(fā)送至上位機。
1 系統(tǒng)設計
圖1 系統(tǒng)結構組成圖
圖1所示為三相電能采集設備結構組成圖。圖中，ATT7022B芯片與三相電壓互感器、三相電流互感器直接相連，負責采集電能參數(shù)，具體包括三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因素。MSP430作為主控芯片，不僅要處理鍵盤輸入、液晶屏幕輸出、串口讀寫、還要讀取ATT7022B芯片采集到的數(shù)據(jù)。
2 硬件設計
2.1 微處理器電路
本文選用MSP430 f149作為主控芯片，負責處理輸入、輸出、串口讀寫、讀取ATT7022B芯片采集的數(shù)據(jù)等功能。它與ATT7022B芯片的具體硬件連接如圖2所示。
2.2 專用電能采集電路
ATT7022B芯片是一種專用電能計量芯片，支持三相電電壓、電流模擬輸入，其硬件連接圖如圖3所示。其中，V1N、V1P為A相電流輸入，V3N、V3P為B相電流輸入，V5N、V5P為C相電流輸入，V7N、V7P為N相（零線）電流輸入，V2N、V2P為A相電壓輸入，V4N、V4P為B相電壓輸入，V6N、V6P為C相電壓輸入，V8N、V8P為N相電壓輸入。
圖3 ATT7022B芯片的外圍硬件電路圖
2.3 電壓互感器輸入電路
本電能采集設備支持三相電輸入，加上零線共四根線輸入。圖4所示是其電路圖，其中JU用于連接被測量的三相電以及零線。
圖4 電壓互感器硬件連接圖
2.4 電流互感器電路
本電能采集設備可支持三相電以及零線共4路信號，4路信號穿過電流互感器，其電路圖如圖5所示，其中Ji用于連接電流互感器輸出的兩根線。
圖5 電流互感器硬件連接圖
3 軟件設計
本文的三相電力采集設備的軟件部分主要包括初始化（時鐘、液晶屏、定時器、串口等）、使能各中斷向量、中斷服務處理（鍵盤輸入、定時電能參數(shù)讀取、串口輸入輸出）程序、LCD顯示、軟件校正。其中主程序為一個死循環(huán)程序，一但遇到中斷，則處理中斷服務程序，處理完成后返回主程序繼續(xù)執(zhí)行。
4 測 試
實驗方案：經(jīng)信號發(fā)生器產(chǎn)生被測信號，測量電路中的電壓和電流，并與本文中的三相電力采集設備測量結果進行對比。其中，標準輸入電壓取120 V、140 V、180 V、200 V以及220 V，標準輸入電流取1 A、2 A、3 A、4 A，經(jīng)本電力采集設備測量后的結果如表1所列，其中Dmax為A、B、C三個誤差絕對值中最大的除以輸入電壓。
表1 實驗結果對比 電壓（V） 電流（A）
輸入 100 140 180 220 1 2 3 4
A相 100.153 140.112 180.117 220.139 1.004 2.003 3.005 4.008
B相 99.992 139.825 180.133 219.862 0.997 1.993 2.993 3.991
C相 99.995 140.056 180.026 220.043 1.007 1.997 2.996 4.006
Dmax
（%） 0.15 0.13 0.07 0.06 0.70 0.35 0.23 0.22
從表1可以看出，其測量誤差均在0.2%以內，能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)用電數(shù)據(jù)采集的精度要求。
5 結 語
本文以MSP430 f149作為主控芯片，超過ATT7022B芯片采集電能各項參數(shù)，并可通過串口將電能各項參數(shù)送至上位機。經(jīng)校正測試后發(fā)現(xiàn)，該電能采集設備具有精度高、結構簡單以及成本低等優(yōu)點。目前，該電能采集設備已經(jīng)成功應用到校園用電監(jiān)控系統(tǒng)中，運行狀況良好。
參考文獻
[1]朱琳. ATT7022B在電力參數(shù)測量中的應用[J]. 測控技術，2007，26（1）：9.
[2]呂小強. 基于ARM和ATT7022B 的智能電表系統(tǒng)[J]. 中國測試，2012，38（1）：94-95.
[3]張瑞占， 屈百達. 基于ATT7022B三相精確計量智能電能表設計[J]. 電子測量技術，2008， 31（9）：150-151.
[4]黃鶴松. 基于ATT7022B的多功能電能表系統(tǒng)的設計[J]. 電測與儀表，2011（48）：63-65.
[5] 崔娟. 基于ATT7022B高精度智能電表的設計[J].電子科技，2010，23（2）：46-47.
