能表芯片ADE7755的技术探讨

  能表芯片ADE7755的技术探讨  摘要：此论文重点通过对芯片ADE7755进行研究，所设计出的结合芯片ADE7755的电能表是为一般家庭使用者研究的通过单片机而设计出来的电能表。本研究利用具有高精度的电气测量芯片ADE7755对电能消耗加以测量，同时利用51单片机来掌握所有电路。基于电流以及电压的信号记录，数模转换，功率测算，断电存储以及显示等硬件内容的研究，另外，将软件内容进行软件编写，完成对电表的普通功能的设计。本次研究通过单片机的电能表存在诸多优势，例如，性价比高，构造简单，性能稳定，测量准确等，存在相当的现实价值以及市场推广价值。引言：当前的电力行业正在快速进步。基于确保电力行业制造和测量电能的安全，稳定，准确和经济的性能，研究者们一定需要通过安装在发电现场的能测量压，电流，功率和能量等参数的仪器和仪表。电能的测量是电能交易的“尺度”，电力的供方以及用方双方均很注重。电能表的正确性一方面与电能表的精度存在联系，另一方面与测量电路线的精度密切存在联系。假若因为电能表本身的故障和超差而导致电能表产生的故障一般只有百分之几百，这将给使用者或电力公司造成巨大的经济损失。基于清楚了解电能测量之间的关键联系，确保电能测量的准确性和稳定性非常关键。一、系统设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载  （一）核心部件选型1、单片机选型（1）一号方案：MSP430单片机：单片机数量为16位，其片上资源相对丰富，存在灵活的中断方法，可以完成任意封装。带芯片的微机采用RISC指令集，完成运作丰富的寻址方式。（2）二号方案：AT89C51：单片机微机内部RAM容量为512字节，内部Flash容量为8K字节；它在芯片上的资源相对丰富，I/O端口数量达到32个，16位定时/计数器数量为3，除运作看门狗。因为低价格和出色的性能，单片机的价格非常高。通过较为综合的顾及，MSP430单片机存在性能稳定的优势，但是与STC89C52单片机相比，其指令系统更为复杂，因此在性价比方面存在劣势。此论文最终利用运作STC89C52单片机。2、电能信息采集部件选型(1)一号方案：CS5460ACS5460A是美国CrystalSystem公司制造的芯片。它是主要用来测量电压，电流以及功率和能量的芯片。存在精度高，性能强，成本低的特点。CS5460集成运作两个模数转换器，一个高度集成的串行数模转换器接口和一个可以高速计算电能的计算器，因此一般用来开发三相四相或者四相系统电表。(2)二号方案：ADE7755ADE7755是美国ADI公司制造的一种特殊的高精度集成电路，用来功率测量或电能测量。其技术指标超过运作IEC1036的精度要求。ADE7755是一款+5VCMOS芯片，存在低电源和低功耗。它存在范围广（负载能力高达Ib的4-6倍），精度高（在1％至500％Ib的范围内，误差小于0.3％）的优势。顾及到ADE7755部分虽然功能更强大，但CS5460A部分更具成本效益，编程更方便，另一方面这种程度的研究也完全满足运作其需求，因此采用CS5460A部分。3、显示部件选型（1）一号方案：LED数字管显示，一般的七段数码管存在七个LED（三个水平和四个垂直），以显示从0到9的十进制数字加上一个十进制。价格低，利用舒适，功能容量低，但是显示内容有限。（2）二号方案：LCD1602是一种存在4位/8位并行，2线或3线串行接口的点阵图形LCD部分，包含一级和二级简化汉字库的国家标准级；利用该部分的灵活的界面模式和简单现实的操作说明可以形成一个完整的中文-计算机交互图形界面。因为笔者在学校有更多利用LCD屏幕的机会，因此笔者对此比较熟悉，也可以满足系统研究的需求，因此笔者选择运作选项2。4、存储芯片选型（1）一号方案：2AT24CO2是一个内部包含256个8位字节的2K位串行CMOSE2PROM。用来CATALYST的先进CMOS技术大大降低运作设备的功耗。AT24C02存在16字节的写缓冲区。该设备通过IIC总线接口运作，并存在特殊的写保护功能。（2）二号方案：2FM25C160通过更少的2个引脚，3种硬件和软件保护机制以及读写切换来支持SPI总线传输。长寿命4，SOIC数据包，小前景捕获5，速度快40MHz，即时写入，无缓冲区，类似于RAM6，存在许多类型的芯片容量和许多选择，它是一种工业芯片。因为笔者在学校使用AT24C02的频率更高，因此，笔者知道这种芯片一方面易于利用，易于编程，另一方面还可以满足研究要求，并且存在高性价比的优势，因此笔者选择运作一号方案。 二、硬件设计 （一）电能采集单元在电能获取单元中，中心内容利用CS5460A芯片。它是主要用来测量电压，电流，功率和能量的芯片。存在精度高，性能强，成本低的特点。CS5460集成运作两个模数转换器，一个高度集成的串行接口模数转换器和一个可以高速计算电能的计算器，从而可以准确地测量和计算有功电能。电压和电流以及电压，电流和电功率的瞬时值，因此一般用来开发三相四线和单线两相电表。具体电路如下所述图3.1所示：图3.1CS5460A芯片引脚示意图在上图中：（1）OUT，XIN：这两个引脚可以输入和输出系统时钟，一般在它们之间连接一个2.5-20MHz的晶体振荡器以成为系统时钟。（2）SCLK：这是串行端子的输入端子。研究者们可以根据此引脚的串行时钟输入速度来确定SDI输入的串行端子和SDO输出的串行端子的传输速度。在芯片上，它连接到施密特触发器，并且仅在CS有效时才识别时钟信号。（3）SDO：线路数据的输出引脚。（4）CS：Chipval引脚。（5）VIN+，VIN-：差分模拟量正负电压的输入和输出端口。（6）复位：复位引脚。1、电压调理电路在将要测量的电压连接到CS5460之前，研究者们一定对其进行降压处理。在此研究中，研究者们利用2MA/2MA变压器进行降压加工。但是，这种类型的电压互感器在连接到电源线之前一定先连接到110K欧姆的电阻，才能将电源线中的电压转换为低于2MA的电流以保护电压互感器。一旦电路通过运作电压互感器，就将一个电阻连接到电压互感器的输出，该电阻应小于62.5欧姆，因为CS5460测得的电压输入最大值为125MV。该电阻的功能是将电流转换为电压。然后将相当数量的电阻器和电容连接到变压器的次级侧，以形成RC滤波电路，以对输入电压进行滤波操作。具体电路如下所述图所示：图3.2电压调理电路2、电流调理电路在电流调节内容，CS5460无法直接连接到电源线以测量电流。这次可以利用1000/1电流互感器。这次利用的电流互感器有两个引脚。研究者们将电源线穿过中间的变压器。它用作初级侧，其两个引脚用作次级侧的输出端子。但是，研究者们一定记住在次级侧连接负载以保护变压器。具体电路如下所述图所示：图3.3电流调理电路3、CS5460A的外部电路CS5460A上的外部电路执行的功能是确保芯片普通运行并与单片机通信。它的1和24引脚连接到晶体振荡器。除电压和电流输入信号P1.1，P1.2，P2.2和P2.3引脚与SDI，RST，SCLK，SDO和CS引脚交换数据外，图中的引脚还参考P1.0，STC89C51。在CS546OA上。图3.4CS5460A的外部电路（二）单片机主控单元AT89C51的处理流程为CMOS，由CPU，数据存储器，定时器，接口，中断源等部分共同构成。其CPU为8位，定时器为2个，每个为16位，存储容量为512B，中断数信号源最多5个，其中两个中断优先，运作范围为0Hz至24MHz。STC89C51单片机如下所述图3.5所示：图3.5AT89C51引脚示意图1、VCC表示电源电压。2、GND表示接地。3、P0端口-P3端口表示一个八位双向I/O接口。P0端口一般可用作数据的第八位或地址作为存储器。4、RST表示复位输出。具体来说，还原完组件后，RST一定将机器保持在高位两个周期。5、普通运作期间，XTAL1表示反向振荡器放大器和内部电路的输入。6、XTAL2表示输出连接用来反向振荡器。1、晶振电路微处理器的内部电路中一般有一个系统时钟。该表是其普通运行的基础。本研究利用内部连接方法，该方法完成为自振荡外部振荡器电路。该电路由两内容构成，即交叉连接的时间元件和电容器。电容器的数量为两个，如下所述图3.8所示。在图中，是C1和C2对信号进行微调和稳定，即5-30PF。该电路的晶体振荡器的频率范围是120,000Hz至12,000,000Hz。具体的晶体振荡器电路如图3.6所示：图3.6晶振电路2、复位电路复位电路的功能是将单片机恢复到其原始状态，并在单片机不运作时重新启动。除运作电容为10uF的电解电容器C2和电阻为10K的复位电阻R1外，重点组件是复位按钮S4。当按下复位按钮S4时，复位电路将高电平复位信号复位到单片机上的引脚RST。当复位信号的不断时间超过2个周期时，带有单片机的微型计算机将完成复位并重新启动内部程序。如下所述所示重置电路。图3.7复位电路（三）显示电路此论文中显示单元的重点单元是存在点矩阵的液晶显示器。选择的特定型号为LCD1602。除运作显示常规数字和字母外，它还支持显示汉字，并存在内置的简化汉字库。图3.8 LCD1602引脚示意图在下面的图3.6所示的LCD电路中，LCD监视器并联连接到单片机。单片机上的引脚P3.2连接到液晶显示器上的RS引脚。带有芯片的微型计算机上的引脚P2.6连接到液晶显示器上的R/W引脚；单片机上的引脚P2.7连接到液晶显示器上的引脚E。单片机P1端口上的8个引脚D0-D7连接到液晶显示器中的8位数据线。图3.9显示电路（四）、存储电路24C02C是容量为2Kbit的串行存储器。该程序包如图3.10所示。A0，A1和A2引脚用来多个单元的操作。将这些输入引脚的电平与从机地址中的相应位进行比较。假若比较结果为真，则选择设备。SDA串行数据引脚是双向引脚，用来输入/退出设备的地址和数据。该销是开放式排线。因此，SDA总线在此引脚和VCC之间需要一个上拉电阻。WP写保护引脚一定连接到VSS或VCC。假若将其连接到VSS，则会激活写操作。假若连接到VCC，则禁止写操作，但不影响读操作。VCC输入引脚，在标称条件下当VCC低于3.8V时，VCC阈值检测电路将防止内部擦除和写入逻辑。图3.10 24C02C引脚所有A0，A1和A2都接地，确定该地址的地址为0xA0，而24CO2C的外围电路如图3.11所示：图3.1124C02C外围电路（五）、按键设置电路按钮设定电路的功能是完成最近三个月的现阶段能量信息和现阶段能量信息之间的切换。按S2可以显示现阶段有功电能，电压和电流的有效值以及电压，电流和电功率的瞬时值，按S3可以显示有功电能，电压和电流的有效值以及的瞬时值。前三个月的电压，电流和电，然后按第二个按钮以显示存在联系现阶段第二个月的信息，然后按第一个按钮以显示之前的第一个月。按第四次，将再次显示第三个月的信息，依此类推。具体电路如下所述图所示：图3.12按键设置电路 三、软件设计 该设计项目的软件在单片机C51语言中编程。与C语言不同，C51语言在单片机平台上运行，而C语言在标准桌面平台上运行。C51语言存在C语言构造清晰，易于学习且同时存在C语言硬件功能的优势。特别是，它可以支持各种微处理器和良好的可移植性。对于存在51系列Enchip的兼容微型计算机，只要对硬件模型下的程序进行运作稍微修改甚至没有更改，就可以将其移植到Enchip微型计算机的另一种模型中运行。设计研究软件的重点流程如下所述：首先，初始化系统，包括各种寄存器，并清除内存以存储新数据。此后，功率吸收单元开始运作，电流和电压由变压器吸收。数据隔离后，将其转换为芯片计算机可以通过调节电路接收的数据格式。芯片计算机立即通过存储设备存储电流数据，同时确定是否在S2或S3中按下运作现阶段数据，然后按下S2来切换以显示现阶段有功电能，电压和电流的有效值以及电压，电流和电流的瞬时值。功率，按S3显示前三个月的有功电能，电压和电流的有效值以及电压，电流和电功率的瞬时值，然后按第二秒显示现阶段第二个月的前一个值信息，按第一个按钮查看上一个月的信息，按第四个按钮查看第三个月的信息，依此类推。图4.1主程序流程图 四、总结 此研究需要以单片机为中心芯片，并辅以相应的电路硬件来研究电表的使用者。要求该单元能够测量和显示现阶段连接的三相四线电压和电流的有效值和瞬时值。同时，它还一定能够通过按钮进行切换以检索最近时间段内存储的测量值。电压和电流的有效和瞬时值。因为缺乏研究人员的经验，笔者遇到运作一些在研究和故障排除流程中并不运作解的理论知识。但是通过这篇论文，笔者学到运作很多存在联系硬件的知识，并探索运作模拟电路，数字电路，存在联系带有芯片的微计算机技术的教科书，C语言等，以深入运作解与系统仿真和仿真存在联系的理论知识。  -全文完-