基于ATT7022B高精度智能电表的设计

2 硬件系统构成及主要模块
2．1 系统基本原理
该系统主要以单片机STC89C51为控制核心。三相电压电流通过电压互感器，电流互感器转换后，接入三相专用电能计量芯片ATT7022B实时采集变压器的参数，通过SPI接口将采集的各种参数送入单片机STC89C5l；同时，单片机通过串口建立通信，将数据上传到中心站，可以根据采集的数据进行开关量的采集。电能表的硬件设计分成数据采集计量模块设计、主控制模块(MCU)设计、电源模块设计等3部分，如图4所示。

2．2 存储器的选择
在电表中一个重要的问题就是数据的保存，数据的存储不但要正确而且还要及时，如果检测到的数据不能及时写入存储器或者是写入错误，都会使电能表的精度大为下降，在传统的电子电表中，多采用电可擦除可编程存储器(EEPROM)来保存。但是EEPROM速度慢，有10 ms的写周期，掉电后必须有掉电检测电路，这样会使测到的数据不可靠，EEPROM的擦写次数比较少，不能及时地输入数据。鉴于EEPROM有以上的缺点，本系统的设计采用了铁电存储器FM3104，解决了上述问题。FM3104具有非易失性、擦写次数多、速度快、功耗低的特点。铁电存储器与微处理器的接口电路设计如图5所示，应用本方案使硬件电路简化，而且提高了精度。

2．3 系统的其它部分模块
系统的其它部分主要有电源模块、LCD液晶显示和RS485接口模块。系统内部有许多功能模块，需要多种不同电压的直流电源供电，采用VAF505构成电源模块，为系统提供抗干扰性和可靠性的直流电源。为了达到好的显示效果，采用北京青云公司生产的LCMl2864P中文液晶显示模块，该显示模块可实现汉字、ASCII码、点阵图形的同屏显示，广泛用于各种仪器仪表、家用电器和信息产品上作为显示器件。RS485通信接口允许在简单的一对双绞线上进行多点、主从式半双工通信，它所具有的噪声抑制能力、数据传输速率、传输距离以及可靠性等是其他标准所无法比拟的。本终端采用RS485总线与外部电能表进行数据通信，实现远程抄表。总线驱动芯片选用SN65ALSl76D完成RS485通信收发功能。

3 软件设计
采用模块化设计思想，单片机软件设计主要包括主程序、初始化程序、ATT7022B复位程序、SPI通信程序、数据采集程序和数据发送程序。系统还包括3个中断程序：ATT7022B异常判定中断程序、定时中断程序和串口通信中断程序。

4 结束语
以STC89C51单片微处理器为核心，利用专用计量芯片ATT7022B的电能计量能力实现对有功、无功、视在功率、双向有功和四象限无功电能，以及电压和电流有效值、相位、频率等电参数的准确测量。电表的线路设计简单、计量精度高。此电表目前已经投入批量生产，运行良好。