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引言
傳統(tǒng)感應式電能表用其結(jié)構(gòu)和原理上的制約，通常存在著測量范圍小，穩(wěn)定性差，精度低等缺點而不能適應社會發(fā)展的需要。隨著微電子技術(shù)和單片機的發(fā)展和普及，新型智能化測控技術(shù)迅速發(fā)展。以單片機為核心的電子式電能表顯示了其明顯的優(yōu)勢。本文采用單片機作為儀表的主控制器，并由Cirrus Logic公司的電能計量芯片負責采集數(shù)據(jù)，因而具有性價比高，抗干擾能力強，測量精度高等優(yōu)點。
1 電路工作原理
本設計采用開關(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，為整個電表電路供電。該系統(tǒng)通過電流互感器檢測電流信號，而通過分壓電阻采集電壓信號，然后將其送入單相功率/電能集成芯片CS5463內(nèi)，并在片內(nèi)完成信號采樣、計算和誤差校正等。整個過程在單片機PLC916控制下進行。其原理框圖如圖1所示。
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2 專用計量芯片CS5463
CS5463是內(nèi)含兩個△∑模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、高速電能計算功能和一個串行接口的高集成△∑�！D(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器。它可以精確測量和計算有功電能、瞬時功率、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量電流，并使用分壓電阻或電壓互感器來測量電壓。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)校準功能。其“自引導”的特點使得CS5463能獨自工作，并在系統(tǒng)上電后自動初始化。在自引導模式，CS5463可從一個外部EEP-ROM中讀取校準數(shù)據(jù)和啟動指令。使用該模式，CS5463在工作時不需要外加微控制器，因此，當電表用于大批量住宅電能測量時，可降低電表的成本。
◇在1000：1的動態(tài)范圍內(nèi)，其電能數(shù)據(jù)的線性度為±0.1%;
◇可以測量瞬時電壓、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 電源電路設計
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，因此，目前電子設備的變壓器穩(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)過一個由保險絲和壓敏電阻組成的保護電路，保險絲主要起過流保護作用;壓敏電阻則起過壓保護作用。在正常工作情況下，電路的壓敏電阻相當于斷路。當電網(wǎng)電壓波動或受外界影響(如閃電，電源突然接入等)而引起電壓瞬間激增時，壓敏電阻會自動導通，并由壓敏電阻和保險絲組成回路。由于高壓下的壓敏電阻阻值較小，所以回路電流很大，保險絲自動斷開，這樣就起到了保護內(nèi)部電路的作用。該保險絲是可以自恢復的，也就是說，它可以反復使用而無需更換。
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