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引言
傳統(tǒng)感應(yīng)式電能表用其結(jié)構(gòu)和原理上的制約，通常存在著測(cè)量范圍小，穩(wěn)定性差，精度低等缺點(diǎn)而不能適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要。隨著微電子技術(shù)和單片機(jī)的發(fā)展和普及，新型智能化測(cè)控技術(shù)迅速發(fā)展。以單片機(jī)為核心的電子式電能表顯示了其明顯的優(yōu)勢(shì)。本文采用單片機(jī)作為儀表的主控制器，并由Cirrus Logic公司的電能計(jì)量芯片負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，因而具有性價(jià)比高，抗干擾能力強(qiáng)，測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。
1 電路工作原理
本設(shè)計(jì)采用開關(guān)穩(wěn)壓電源，將220 V交流市電整流穩(wěn)壓為模擬、數(shù)字兩路+5 V電壓，為整個(gè)電表電路供電。該系統(tǒng)通過電流互感器檢測(cè)電流信號(hào)，而通過分壓電阻采集電壓信號(hào)，然后將其送入單相功率/電能集成芯片CS5463內(nèi)，并在片內(nèi)完成信號(hào)采樣、計(jì)算和誤差校正等。整個(gè)過程在單片機(jī)PLC916控制下進(jìn)行。其原理框圖如圖1所示。
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2 專用計(jì)量芯片CS5463
CS5463是內(nèi)含兩個(gè)△∑模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、高速電能計(jì)算功能和一個(gè)串行接口的高集成△∑�！D(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器。它可以精確測(cè)量和計(jì)算有功電能、瞬時(shí)功率、無功功率、IRMS和VRMS，可用于研制開發(fā)單相2線或3線電表。CS5463可以使用低成本的分流器或電流互感器來測(cè)量電流，并使用分壓電阻或電壓互感器來測(cè)量電壓。CS5463具有與微控制器通訊的雙向串口，其芯片的脈沖輸出頻率與有功能量成正比。CS5463具有方便的片上AC/DC系統(tǒng)校準(zhǔn)功能。其“自引導(dǎo)”的特點(diǎn)使得CS5463能獨(dú)自工作，并在系統(tǒng)上電后自動(dòng)初始化。在自引導(dǎo)模式，CS5463可從一個(gè)外部EEP-ROM中讀取校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和啟動(dòng)指令。使用該模式，CS5463在工作時(shí)不需要外加微控制器，因此，當(dāng)電表用于大批量住宅電能測(cè)量時(shí)，可降低電表的成本。
◇在1000：1的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，其電能數(shù)據(jù)的線性度為±0.1%;
◇可以測(cè)量瞬時(shí)電壓、電流和功率，包括IRMS和VRMS、視在功率、有功和無功功率以及有功的基波和諧波功率、無功的基波功率、功率因數(shù)、頻率等;
◇內(nèi)帶電源監(jiān)視器。
3 電源電路設(shè)計(jì)
開關(guān)穩(wěn)壓電源具有功耗低，穩(wěn)壓范圍寬，體積小，重量輕，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此，目前電子設(shè)備的變壓器穩(wěn)壓電源正逐漸被開關(guān)穩(wěn)壓電源所取代。本系統(tǒng)中的電源電路如圖2所示。由于在檢測(cè)電路部分要用到CS5463，為了避免模數(shù)間的干擾，本系統(tǒng)在開關(guān)穩(wěn)壓電源部分需要有兩路+5 V輸出。
交流電首先經(jīng)過一個(gè)由保險(xiǎn)絲和壓敏電阻組成的保護(hù)電路，保險(xiǎn)絲主要起過流保護(hù)作用;壓敏電阻則起過壓保護(hù)作用。在正常工作情況下，電路的壓敏電阻相當(dāng)于斷路。當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或受外界影響(如閃電，電源突然接入等)而引起電壓瞬間激增時(shí)，壓敏電阻會(huì)自動(dòng)導(dǎo)通，并由壓敏電阻和保險(xiǎn)絲組成回路。由于高壓下的壓敏電阻阻值較小，所以回路電流很大，保險(xiǎn)絲自動(dòng)斷開，這樣就起到了保護(hù)內(nèi)部電路的作用。該保險(xiǎn)絲是可以自恢復(fù)的，也就是說，它可以反復(fù)使用而無需更換。
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