多回路智能检测仪.docx

目录一、总体设计方案21 、项目背景和目标22、硬件模块化设计2二、计量单元41、计量单元原理和技术要求42、计量单元电路原理图5三、显示单元51显示单元原理和技术要求52、显示单元电路原理图6四、电源单元71、电源单元原理和技术要求72、电源单元电路原理图7五、电路设计注意事项81、复位电路82、采样电路83、电源电路84、液晶电路85、晶振电路9六、技术关键点和设计总结9多回路智能电力监测仪硬件设计一、总体设计方案1 、项目背景和目标基站作为移动通信网络最为关键的设备，其建设数量和建设规模也将迎来新高潮。随着基站规模的快速增长，移动通讯公司对基站能耗指标也变的越来越重视，基站需要进行节能减排首先需要对各个用电设备状态进行监控，由于基站特殊的用电环境，使用开环或闭环式互感器的多回路智能电力监测仪广泛使用于基站的电能分项监控和计量。本项目力争打造一款在功能、性能和计量精度上都有明显优势的多回路导轨式监测仪表。2、硬件模块化设计整表采用三个独立的模块设计，通过简单可靠的接插件连接，生产安装方便。分别为电源单元、计量单元、显示单元。计量单元是采用飞思卡尔必威体育精装版的处理器KM34Z128作为SOC的方案，使用3个独立的Σ-ΔADC采样电压信号，使用一个SAR ADC的12个通道分时采样电流信号。计量、管理、显示、通信为一体。计量采样模块由电压采样电路、电流采样电路等组成。其中，电压、电流采样利用高精密电阻分压、锰铜分流器将模拟信号转换为数字信号。通过专业计量算法对数值进行分析处理，具有电压、电流、功率、功率因素等测量功能，同时也能进行有功1级的电能量计量。电流采样的连接方式采用RJ11的连接接口，可以同时采样12路单相的电流，4路三相的电流通道。显示单元主要由液晶驱动芯片BU97950FUV组成，通过简单可靠的I2C的接口与MCU连接。电源单元采用宽范围40V-420V交直流供电的开关电源，给系统和RS485通信提供隔离的电源。图1为系统的逻辑框图，图2和图3为详细的硬件布局；图 1图 2图 3二、计量单元1、计量单元原理和技术要求逻辑单元采用飞思卡尔必威体育精装版的处理器KM34Z128作为SOC的方案，该芯片的主要特点是硬件资源丰富，EMC性能好，芯片封装小，主要用于管理、通信、显示等功能。使用3个独立的Σ-ΔADC采样电压信号，使用一个SAR ADC的12个通道分时采样电流信号图2为逻辑框图，描述多路电压采样和电流采样的模式。电压、电流采样利用高精密电阻分压、锰铜分流器将模拟信号转换为数字信号。通过专业计量算法对数值进行分析处理，具有电压、电流、功率、功率因素等测量功能，同时也能进行有功1级的电能量计量。12路电流采样通道使用4个RJ11的接口，外置12个开口CT，通过体积为4P大小的的模具，实现3个三相四线电能表的功能。具体的电路描述请见下面的逻辑单元原理图。2、计量单元电路原理图三、显示单元1显示单元原理和技术要求显示单元主要由液晶驱动芯片BU97950FUV组成，通过简单可靠的I2C的接口与MCU连接，连线简单可靠，同时可以防止干扰，在结构上也容易实现。2、显示单元电路原理图四、电源单元1、电源单元原理和技术要求电源采用40V-420V宽范围交直流工作的开关电源，特点是体积小，输出功率大，具有防雷击浪涌、脉冲冲击的功能，可以可靠保证仪器的工作。输入电压在整流滤波以后，由开关芯片TNY268以132kHz的频率进行开关控制输出，输出电压为两路，一路为主电源提供系统的的电源，另外一路提供路RS485的电源。电源框图如下图3，具体的电路描述请见下面的电源单元原理图。图 32、电源单元电路原理图五、电路设计注意事项1、复位电路在Photon的复位引脚的处理上，放置了两组RC。一组是常规的RC阻容复位，另外一组是RC滤波。如图2.11所示。RC滤波的电容是关键，100pF，电阻可取2kΩ左右。RC阻容复位可省去不要，建议保留0.1uF左右的电容，提高EMC性能。MCU的RST引脚不可悬空，必须接上拉电阻或者看门狗复位输出引脚，否则将导致VLPS模式下，MCU功耗增加60uA左右。2、采样电路采样电路综合考虑了小电流表型的主回路只使用CT的情况。电流信号采样电路上RC滤波电容选取0.01uF，以保证通过快速顺便脉冲群测试。3、电源电路MCU模拟电源引脚附近最好串接磁珠，并接去耦电容，以减少电源纹波对MCU内部模拟部分的干扰。4、液晶电路液晶屏与MCU引脚之间需要串接100kΩ以上的电阻，以保通过10kV ESD接触放电试验。5、晶振电路晶振负载电容的选取，需要参见晶振的技术手册。六、技术关键点和设计总结1、硬件与结构的配合。模具的尺寸跟4P单相导轨表的尺寸一致，尺寸小，结构和硬件的结合相当紧凑。合理的安排且不相冲突同时还在做到工艺简单、利于生产，