基于MSP430的網絡式三相電流表設計

改造者：伍東亮 周 旭

基于MSP430的網絡式三相電流表設計

改造者：伍東亮 周 旭

電網運行需要時刻監控其電壓及電流值，來分析判斷其運行狀況；隨著電子技術的更新換代，傳統的測量儀表存在性能較低及功能單一等缺陷，漸漸不能滿足用戶的需求，本論文設計了一種高精度、多種附加功能、組網方便等新型儀表，替代原有產品。

電力網絡需要時刻監控其運行狀態，電流監測是電力監測的一種常見方式，隨著自動控制技術的更新換代，傳統的測量儀表存在性能較低及功能單一等缺陷，漸漸不能滿足用戶的需求，高精度、多種附加功能、組網方便等新型儀表成為用戶的首選。本論文研究了一種基于MSP430處理器的新型網絡式三相電流表。

系統結構與功能

網絡式三相電流表主要完成三相電流的采集和實時顯示，同時支持開關量輸入檢測、繼電器輸出控制、485通訊、模擬量輸出等等附加功能。其整體結構圖如圖1所示。

圖1 整體結構圖

系統硬件設計

整體設計說明

系統CPU采用TI公司的MSP430FE427，內部集成了獨立的3通道16位同步ADC，電流信號經過取樣電路變換成適合ADC輸入量程的小信號供AD采樣，針對外部信號的不同，可以調整取樣電路，以實現同一硬件平臺適應不同的輸入信號，采樣結果經過有效值算法計算及一系列處理后得到電流的實際值，存放到CPU的RAM中，用戶可以通過RS485通訊查詢結果，測量結果也能在本地實時顯示；根據不同用戶的需求，在儀表上還擴充了模擬量輸出及開關量輸入輸出功能，模擬量輸出能將本地的晶驅動器，最大可驅動128段液晶，因此無需外部液晶驅動電路，實際應用96段已經能夠滿足顯示需求。

圖2 電流取樣電路

RS485通訊電路設計

RS485通訊電路如圖3所示，RS485通訊采用了自動切換收發狀態技術，無需CPU切換MAX487的收發狀態，節省了一個I/O口線；當CPU空閑時，TXD及RXD引腳均為高電平，光藕U4發射二極管截止，U4的6腳輸出為高，三極管Q2導通，MAX487的2、3腳為低電平，工作于接收方式；當CPU向外發送數據時，如果發送“1”狀態，此時電路跟空閑時相同，MAX487還是處于接收狀態，但是由于A、B總線上的偏置電阻存在，總線呈現“1”狀態，而在TXD發送“0”時，光藕U4發射二極管導通，U4的6腳輸出為低，三極管Q2截止，MAX487的2、3腳為高電平，工作于發送方式，MAX487的第4腳電平被反映到總線上，由于4腳直接接地，故總線呈現“0”狀態。

圖3 RS485通訊電路

附加功能設計

網絡式三相電流表可以根據用戶的不同需求進行個性化功能定制，如增加開關量輸入檢測、繼電器輸出控制、0-5V或5-20MA模擬量遠傳輸出等。由于MSP430FE427的I/O口數量不多，因此采用1片8位并入串出移位寄存器74HC165擴展輸入口，以滿足用戶的個性化定制。

結語

網絡式三相電流表采用TI公司專門為三相電壓電流表定制的MSP430FE427芯片進行設計，網絡式三相電流表具有采集電路簡單，顯示清晰，體積小、安裝方便等優點。測量結果轉換成4～20mA電流信號進行遠傳，繼電器輸出功能不但可以實現用戶的遠程控制功能，而且還可以工作在越限報警方式，在本地的測量值超出閾值后輸出報警信號；按鍵提供了一個人機交換接口，用戶可以通過按鍵修改儀表的工作參數，如變比、通訊地址、波特率等。

取樣電路設計

三相交流電流表取樣電路如圖2所示（只畫出了1相，其它兩相電路相同），采用電流互感器方式取樣，典型的電流互感器規格為5A/2.5mA，取樣電阻20Ω，在額定電流輸入時，取樣信號為50mV。

顯示電路設計

網絡式三相電流表采用段式液晶顯示方式，液晶玻璃片開模定做，由于MSP430FE427的內置32*4片內液電流表帶有RS485通訊功能，可以將采集到的電流值通過485網絡快速上傳到監控中心。網絡式三相電流表現已在多個項目中應用，采集數據正確，通訊穩定可靠。

伍東亮 周 旭

湖南機電職業技術學院信息工程學院

周旭，女，1988年生，湖南益陽人，教師，研究生學歷，研究方向：電子科學與技術。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.16.042