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基于CS5460A 的单相智能功率表的设计

热度0票  浏览127次 时间:2015年4月08日 16:59

基于CS5460A 单相智能功率表的设计

李浩楠 红塔辽宁烟草有限责任公司沈阳卷烟厂 辽宁沈阳 110000

【文章摘要】

介绍了一种基于CS5460A 的单相智能功率表的设计。本设计以AVR 单片机MEGA128 为系统的控制核心,运用带SPI 接口的功率计量芯片CS5460A,系统配置RS485 接口, 128×64 点阵LCD、键盘输入、实时时钟、FLASH 存储器等。该功率表要实现的主要功能是功率参数的实时测量,存储与显示,并能够实现与PC 机的通信。

【关键词】

CA5460 ;功率表;MEGA128

0 引言

本次设计的单相智能功率表准确度高,响应速度快,测量面广,可用于交流电压电流有效值、有功功率、无功功率,功率因数等电参数的综合测量,采用液晶显示,读数直观、准确,并使用掉电保护存储器保存数据,可以方便地查讯历史数据, 同时带有串行接口RS485 与计算机进行通信,方便的用于集散系统或采集系统。具有广阔的市场和发展前景。

1 系统硬件设计

本系统采用模块化设计的硬件设计原则,整个装置分为两大部分:功率计量处理和AVR 控制器处理部分。系统工作过程如下:通过电压/ 电流互感器分别采集单相交流电信号,将其转化得到的弱电信号经信号调理电路、模拟滤波电路送入功率计量芯片,处理后将有效数据送入CPU 中进行下一步处理,完成数据的实时显示或远程传输。

系统通讯电路部分包含RS-485 串行接口,可进行数据的远程传输;系统中包含键盘、显示(LCD)和开关量输入/ 输出、数据存储等外围电路,可以实现参数设置、数据显示、存储等功能。系统硬件框图如图1A)所示。下面主要介绍主控制器和功率计量电路。

2 核心控制电路设计

本系统中主控器为ATMega128,负责液晶显示、数据存储、数据传输、键盘管理、时钟芯片管理、功率芯片管理等诸多任务。其硬件接口电路设计如图1(B) 如示。

在本设计中用到的外设接口分为以下几类:

1) 通用I/O 口:用于单个信号的控制。

2) SPI 口:用于与功率计量芯片CS5460A FLASH 存储芯片AT45DB041D 通信。

3) I2C 接口:用于与实时时钟芯片DS1307 通信。

4) UART1 接口:与上位机通信的部分。

3 功率计量电路设计

3.1 功率计量芯片CS5460A 介绍

CS5460A CIRRUS LOGIC 公司推出的带有SPI 接口的单相双向功率/ 电能计量集成电路芯片。CS5460A 初始化后,经过互感器将电流电压信号转化为小信号的电压信号,电流通道和电压通道的信号被片内放大器放大后,通过两个同时采样的模/ 数转换器转换为数字信号,再通过高通滤波器消除信号中的直流成分,得到的瞬时电压、电流值进入高速数字乘法器相乘,产生瞬时有功功率;瞬时有功功率又经过时间累计、平均,得到电能E,单位时间内的能量就是有功功率。经过计算后得到的电压和电流有效值、瞬时电压、瞬时电流、瞬时有功功率、电能分别存入对应的内部寄存器中,等待微处理器读取。

3.2 电压电流信号采集电路:

使用电压互感器,电流互感器将220V 电压,0 6A 电流转化为符合功率芯片CS5460A 输入要求(0 0.15V)的小信号。电路设计如图2A)。

3.3 小信号调理电路设计

这部分电路实现对由电压电流互感器采集的已符合CS5460A 输入电压信号要求(信号有效值:-0.15V~+0.15V)的电压电流信号进行限流,滤波,以提高测量精确度。如图2B)。

3.4 功率计量电路设计

本部分电路的功能是使用CS5460A 对经过调理的电压电流信号进行处理,并将处理得到的电压和电流有效值、瞬时电压、瞬时电流、瞬时有功功率分别存入对应的内部寄存器中,等待微处理器读取。电路设计如图2C)。

4 硬件电路设计总结

1)原理图设计时需考虑各模块的功能和可行性,大到整个系统,小到每个芯片的引脚,都要仔细考虑;

2 PCB 布线时需遵守抗干扰规则。PCB 设计结束后需仔细检查,对需要改正的地方进行修改。

3) 调试应遵循由简单到复杂的过程, 以功能为单位,一部分一部分电路的进行,确保每部分运行准确无误再进行下一部分的调试,这样便于找出问题。

5 结束语

本文中基于CS5460A 设计的单相智能功率表有多种优良的性能, 能够满足电力部门的需要, 具有一定的推广价值和较好的市场前景。

【参考文献】

1]王幸之,王雷,翟成,王闪. 单片机应用系统抗干扰技术[M]. 北京:北京航空航天大学出版社,1999

2]刘京南主编,王成华副主编. 电子线路基础[M]. 电子工业出版社, 2003.263-283

3]曾智刚, 周岳松, 谢晨. CS5460A 芯片与及在功率测来那个的一种应用[J], 现代电子技术, 2004(5): 100-102

A)系统硬件框图 ( BATMEGA128 主控制器电路

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