基于ATT7022在線寬量程電能測量儀的設(shè)計(jì)

摘 要：本文對ATT7022的性能特點(diǎn)和電路結(jié)構(gòu)，以及實(shí)時在線寬量程測量系統(tǒng)的方案、系統(tǒng)的組成，包括硬件的配置、軟件設(shè)計(jì)、工作原理、功能和技術(shù)性能進(jìn)行了論述。
關(guān)鍵詞：ATT7022; 實(shí)時測量; 寬量程; 儀表

引言
基于ATT7022芯片的設(shè)計(jì)旨在使設(shè)計(jì)方案合理、成為性價比較好的產(chǎn)品,特別是在測量范圍方面有所突破。電流測量范圍為0~500A，可實(shí)現(xiàn)多個量程之間的自動平滑切換，且三相四線或三相三線可人工轉(zhuǎn)換；測量精度達(dá)到0.2和0.5級；測量的采樣頻率為3.2KHz~25.6KHz，并能根據(jù)要求從鍵盤輸入互感比、盤轉(zhuǎn)數(shù)和測定轉(zhuǎn)數(shù)，并能隨時修正，以及從液晶屏上實(shí)時顯示誤差百分比、三相電壓、三相電流、相位、功率因數(shù)、向量圖、功率和電能等參數(shù)，未工作時顯示菜單。

圖1 ATT7022的內(nèi)部電路框圖

圖2 系統(tǒng)總圖

圖3 輸入接口電路
ATT7022的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)
如圖1所示，ATT7022的內(nèi)部主要包括電源監(jiān)控電路、ADC和計(jì)量模塊。電源監(jiān)控電路對模擬電源(AVcc)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)電源電壓低于4V5%時，芯片將被復(fù)位。ATT7022片內(nèi)集成了6路16位的ADC，采用雙端差分信號輸入。最大輸入電壓是1.5V，即可以輸入最大的正弦信號有效值是1V。建議將電壓通道Un對應(yīng)ADC的輸入選在0.5V左右，而電流通道Ib對應(yīng)ADC的輸入選在0.1V左右。

系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)方案
系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)如圖2所示，該系統(tǒng)主要分為5個部分：前端采集模塊、運(yùn)算處理模塊、存儲模塊、鍵盤輸入模塊和顯示模塊。

前端采集模塊
采集部分采用鉗型互感器和三個計(jì)量芯片ATT7022同時采集，依據(jù)采集電流的大小進(jìn)行判斷識別、自動切換數(shù)據(jù)傳輸和接收。

本文選擇的電流互感器規(guī)格是一次電流分別為0~500A、0~10A,二次電流為10mA、2mA,精度0.05級，負(fù)載為20，電壓互感器規(guī)格為220V/0.5V。輸入接口電路如圖3所示。

運(yùn)算處理模塊
采用華邦W78E516B實(shí)現(xiàn)與ATT7022芯片的數(shù)據(jù)通信，并進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)算、驅(qū)動LCD顯示、控制鍵盤輸入、數(shù)據(jù)的存儲及與USB芯片的接口通信等功能。W78E516B 微處理器支持較寬的電壓變化范圍，大大增加了芯片的抗干擾性能。它與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80C51微處理器系列完全兼容，包含4個8位的雙向并行口，一個額外的4位尋址I/O口(Port 4), 3個16-bit timer/counters, 一個watchdog timer 和一個標(biāo)準(zhǔn)的UART. 包含512B的 RAM 和64KB的閃存，具有64KB程序存儲地址空間，64KB外部數(shù)據(jù)存儲地址空間， 雙數(shù)據(jù)尋址指針，時鐘工作頻率達(dá)40MHz。

存儲模塊
數(shù)據(jù)的緩沖采用8KB RAM (HM6264B) ；數(shù)據(jù)的存儲采用4KB EEPROM (AT28C64B)。

顯示模塊
顯示部分采用精電蓬遠(yuǎn)SED1335圖形液晶顯示驅(qū)動模塊，320240彩色液晶屏。由單片機(jī)驅(qū)動顯示。

通信模塊
采用RS-232和USB(CH375)接口，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對電流鉗校驗(yàn)參數(shù)、校表參數(shù)的寫入和顯示數(shù)據(jù)的輸出控制。

系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)
驅(qū)動程序
顯示驅(qū)動程序：LCD 顯示驅(qū)動程序主要負(fù)責(zé)顯示實(shí)時數(shù)據(jù)的大小、位置、顏色、色度、閃爍速度、光標(biāo)處理等與硬件有關(guān)的操作，作為顯示數(shù)據(jù)和硬件之間的載體。

鍵盤驅(qū)動程序：主要完成掃描和鍵值的返回及按鍵次數(shù)的判斷。

存儲驅(qū)動程序：主要完成整型、實(shí)型、浮點(diǎn)型等數(shù)據(jù)的存儲和讀取，完全屏蔽硬件和數(shù)據(jù)類型的差異。

采樣驅(qū)動程序： 主要完成與ATT7022電路有關(guān)的功率、能量、有效值、功率因數(shù)以及頻率測量等有效參數(shù)的讀取和開機(jī)校表數(shù)據(jù)的讀入。

運(yùn)算程序
主要完成對讀入的采集信號值進(jìn)行比較，計(jì)算誤差百分比、常規(guī)的比例運(yùn)算、非常規(guī)數(shù)據(jù)處理等運(yùn)算處理工作。

顯示和菜單算法
完成圖形和漢字顯示初始化和數(shù)據(jù)顯示及動態(tài)圖形處理、多級菜單的處理、菜單的切換、存儲位置的定義等操作。

通信程序以及異常處理程序
主要完成與ATT7022的通信，以及與上位機(jī)校表參數(shù)等數(shù)據(jù)通信。

結(jié)語
本文設(shè)計(jì)的基于ATT7022的在線寬量程電能測量儀能夠?qū)崿F(xiàn)在線寬量程電能(不同電流、電壓范圍)的精確測量，并可以與其它測量設(shè)備進(jìn)行在線實(shí)時誤差比較分析，求出誤差百分比。實(shí)時顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。經(jīng)實(shí)際測試，系統(tǒng)運(yùn)行良好。