具有远程抄表功能的数字电度表的研究?

【摘　要】　介绍了一种以单片机AT89C52为基础的可实现计算机网络远程抄表的数字电度表，该表采用电力载波通信方式，是一种新型的电功率计。
    关键词：电力载波 远程抄表 数字电度表
　　
1　引 言
　　作为通信技术的一个应用领域，电力载波通信技术用现有交流电源线作通信线路，省去不切实际的铺线工程，具有通道可靠性高、投资少见效快、与电网建设同步等无法比拟的优越性，现已成为电力系统应用最为广泛的通信手段。本文介绍一种以单片机AT89C52为基础的采用电力载波通信方式实现远程抄表的数字电度表，它能实现各个电力用户用电量的自动记录、传送等功能 ，使得在供电局抄表中心便能查询用电情况，自动抄收用户电表数、计算电费等，由此带来的经济效益及社会效益都将非常可观。
2 系统简介
   系统总结构简图如图1所示。
                            
　　电网进户线通过稳压威廉希尔官方网站 （7805）产生＋5V和＋10V两种直流工作电源，以满足本系统中不同集成威廉希尔官方网站 的需要，同时AD7751开始电功率计量，产生一个与实功率信息成正比的频率，输入到AT89C52进行脉冲计数，再通过专用modem芯片ST7537将功率信息以电力载波方式送回电网来实现远程抄表，并驱动数码管显示功率读数，其功率信息存放于外部存储器M93C46中以防掉电后数据丢失 。系统故障保护部分由光耦MOC3063和电磁继电器组成，当AT89C52因故停止工作时，电磁继电器自动切断电源，保证电度表不会出现漏计电现象。
3 系统工作原理（硬件设计）
　　系统电气原理图如图2所示。



3.1 CPU及外围威廉希尔官方网站
　　AT89C52是ATMEL公司生产的MCS－51系列单片机，内置8K字节电擦除可编程EEPROM片内程序存储器和256字节RAM，片内程序存储器空间能满足本系统程序存储之需要，可省去片外EPROM程序存储器和地址锁存器，使威廉希尔官方网站 结构简捷。
　　P1．3口作片外串行EEPROM存储芯片的片选信号，P1．2口输出时钟信号，P1．1口输出操作命令或向EEPROM送写数据，P1．0口为数据输入端，P1．4口为光耦MOC3063控制端，P0口为数码显示LED段选控制端，P2．0～P2．4口为位选控制端，P2.5～P2.7口分别与ST7537的RX、/相联进行数据通信控制，XTAL1时钟输入端接至ST7537的MCLK时钟输出端，RESET接至ST7537的RSTO复位输出端。P3．4口计数器T0输入端接至AD7751的F1低频率输出端进行脉冲计数。
　　存储单元采用电擦除可编程存储器M93C46，其片内有64×16位串行存储单元，具有在线改写数据功能，在本控制威廉希尔官方网站 中用来存储用户所用电量。
　　系统的故障保护部分由光耦MOC3063和电磁继电器组成。
3．2　功率计量（AD7751）
　　AD7751是一种高精度的带有片内故障检测的电量测量IC，电源线路电压传感器的输出端接到AD7751的电压通道V2P、V2N。从电流传感器输出的电压接到电流通道V1A、V1B，其内部的两个ADC将电流和电压传感器送来的信号数字化。AD7751计算两个电压信号（通道1和通道2上的）的乘积，然后低通滤波这个乘积以提取实功率信息。
　　AD7751的低频率信号输出是通过累加这个实功率信息产生的，这个低频率信号本来就意味着在输出脉冲间长时间的累加，所以这个输出频率正比于平均实功率，这个平均实功率信息可以依次被累加（例如通过一个计数器）以产生能量信息。
　　AD7751主要管脚的功能：
　　高通滤波器（HPF）选择，在功率计量应用中HPF必须被使能。
　　V1A、V1B：通道1（电流通道）的模拟输入。这两个输入端是全差分电压输入。
　　V2P、V2N：通道2（电压通道）的输入端。
    VIN：差分电压输入V1A和V1B的负输入脚。　
  　CLKIN、CLKOUT：外部时钟输入端，对规定的工作来说时钟频率是3．58MHz。
　　F1、F2：低频率逻辑输出端，F1和F2提供“平均实功率”信息。
3．3　数据通信（ST7537）
　　ST7537是SGS－THOMSON公司专为电力线载波通信而设计的家庭自动化modem芯片，它除有一般的modem芯片的信号调制解调功能外，还针对电力线应用加入许多特别的信号处理手段，目前，在国内电力线载波抄表领域应用广泛。其调制解调技术是FSK方式，最高波特率达到了2400bps。ST7537通过一个外部激励、一个变压器和能量主线相联接，载波频率为132．45kHz。
　　ST7537主要管脚的功能：
　　RX／：接收或发送方式选择输入端，RX／＝0时为发送工作方式，RX/＝1时为接收工作方式。
　　：看门狗输入端。
　　PABC、功率放大器输出端。
　　：数据检测输出端。　
　　TXD：传送数据输入端。
　　RXD：接收数据输出端。RSTO：复位输出端。
　　RAI：接收模拟信号输入端。
　　ATO：模拟信号输出端。
　　MCLK：时钟输出端。
　　AVDD：内部模拟电源电压＋10V。
　　DVDD：内部数字电源电压＋5V。
　　我们设计的ST7537与220V电力线的接口威廉希尔官方网站 简单实用，性价比高，其威廉希尔官方网站 见图2所示的电气原理图。
4　控制软件的设计
　　该系统软件由主程序和中断程序组成，软件流程图如图3和图4示，主机以点名方式与各分机进行通信，主机向电网送分机地址，各分机从电网读得并判别是否是本机地址，如果是，则送计量结果及故障状态。
　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　限于篇幅，本系统初始化程序略。
5　结束语
　　该数字电度表测量精度高，性能稳定可靠，不但可以取代老式的齿轮式电度表，还可以实现计算机网络远程抄表及高效数据管理，是现代供配电管理不可缺少的用户电功率计，是老式电度表的替代产品，市场前景广阔。

1　蔡菲娜．单片微型计算机原理和应用．杭州：杭州大学出版社，1996
2　何立民．单片机应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社，1990
3　余永权．单片机应用系统的功率接口技术．北京：北京航空航天大学出版社，1992