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基于MC68HC908LJ12的单相复费率电度表及红外抄表器 清华Motorola单片机与DSP应用开发研究中心 蒋俊峰 宫辉 设计方案简介 单相复费率电度表主要以AD7755和MC68HC08LJ12双芯片为核心，能对峰、平、谷时段设定不同的费率，使用时能根据预设的各时段的费率累计并显示电量，以达到准确、分时、智能地测量电量的目的。此电度表接入线路后，通过分流器、分压电路分别对电流和电压信号进行采样；电流通道和电压通道的信号经放大器放大后，通过AD7755内部的模数转换器转换为两路数字信号，然后经乘法、低通滤波、数字频率变换等电路的处理后，AD7755输出与瞬时功率成正比的脉冲，并将此脉冲送至MC68HC08LJ12微控制器。MC68HC08LJ12微控制器通过中断方式根据设定的不同时段累计脉冲数，并将脉冲数转化为电量送到LCD上显示，同时将结果保存在MC68HC08LJ12片内的FLASH中。 RS232接口与PC机相连接，可进行程序的调试。通过RS485接口或者红外接口，可以实现抄表的功能，以及进行用户参数的设定。 红外抄表器是基于MC68HC08LJ12芯片设计配合电度表进行无线抄表的工具，它通过红外数据通讯来实现抄表的功能，并可以对电度表中的参数进行设置或修改。抄表所得用户数据保存中MC68HC08LJ12片内的FLASH中，并可通过RS232接口将数据送PC机处理，以达到快速、方便、有效管理电网用户的目的。 单相复费率电度表部分 功能设计 具有峰、平、谷三种费率，6个时段。增删费率时段可以通过修改软件实现。 具有常显和轮现两种显示方式：常显方式下LCD显示6位累计总电量、时间和当前工作时段；轮流方式下显示总电量并循环显示各时段累计电量等参数。 常显轮显按钮可选择常显或者轮显方式；时间日期按钮可选择时间显示或者日历显示。时间设定按钮可设定当前的时间。 时段切换或者调电时电度表数据（累计平电量、累计谷电量、累计峰电量和总电量）自动存储于片内FLASH中。 外置实时时钟DS1302，精确指示当前时间，具有后备电池，掉电不丢失时间。 具有红外发射和接收接口，配合红外抄表器可实现电度表的红外抄表功能；RS485接口可以实现RS485抄表；RS232接口可以通过编程头连接至PC机，实现程序的写入和调试。 硬件设计 电度表原理框图如图1所示。整个电度表可以分为功率计量和数据处理两个部分，功率计量部分实现对电流和电压信号采样，产生功率脉冲的功能。数据处理部分完成功率脉冲积算以及系统各模块之间的协调访问等功能。为提高抗干扰能力两部分之间用光电耦合器隔离。 图1 双芯片方案的单相复费率电度表原理框图 脉冲计量部分 图2所示为AD7755设计的电度表功率计量部分的工作原理图。功率计量部分包括AD7755核心芯片、分流器、分压电路、基本电压源、保护电路、光电耦合器输出电路。 图2 电表功率计量部分工作原理图 为了给AD7755提供必要的电流、电压转换，本设计采用分流器（300μΩ），并且在电压采样时采用了简单的分压网络。分流器的材料为锰铜合金，阻值仅300μΩ，具有较低的功耗。基本电压源采用由电容分压网络构成的简单低成本电源。大部分的电压都将落在电容C1的两端，电容C3上的电压通过稳压器LM317产生稳定的＋5V的输出电压VDD。保护电路对基本电压源电路实行了保护，使用压敏变阻器MOV。压敏变阻器的电阻随电压的增加而减小，它通常与被保护的器件或电路并联，在过压期间形成一个低阻的分流器，因此可以防止被保护的电路两端的电压进一步上升。 AD7755的CF管脚可提供脉冲常数为1600imp／kwh（脉冲数／千瓦时）的输出脉冲。本设计中将此输出脉冲用LED和光电耦合器隔离输出，然后送至微控制器MC68HC08LJ12的中断输入引脚，由微控制器计量功率脉冲。 AD7755产生的输出频率与两个电压信号乘积的时间平均值成正比。加在AD7755上的输入电压值为V1和V2。F1、F2输出脉冲频率F和输入电压信号的有效值Vl和V2关系如公式（1）所示，将电度表校验到一个固定常数可用公式(1)对V2值进行标定。 F＝(8.06×V1×V2×G×Fl－4)／VREF 2 （1） 其中F为引脚F1、F2输出的脉冲频率，Fl－4是由主时钟获得的分频，G为增益，VREF为基准电压＋2.5V。（详见AD7755手册） 本设计中，功率计量部分AD7755芯片引脚G0=1，G1=1，S0=0，S1=1，SCF=0，所以增益G=16，分频F1-4=6.8Hz，CF端的输出频率FCF=16F。通过调整分压电路电阻阻值可改变电压V2的值，从而可使电表CF管脚输出脉冲校准为1600imp／kwh。 数据处理部分 数据处理部分由M