SA9904B在電力參數(shù)遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、SA9904BSA9904B 在電力參數(shù)遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要介紹公司推出的三相功率電量測量專用集成電路芯片99049904 的結(jié)構(gòu)、功能及其串行通信接口的時序；介紹該芯片在電力參數(shù)遠(yuǎn)程測控系統(tǒng) 中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞電能測量芯片電力參數(shù)測量微控制器系統(tǒng)引言99049904 芯片是公司推出的三相功率電量測量專用集成電路芯片，可直接測量單相、雙相和 三要輸電線路的有功電能、無功電能、電壓有效值和頻率值。該芯片具有接口，外部微處理器可通過此接口讀取原始值，再根據(jù)相 應(yīng)的計算公式進(jìn)行計算，最后得到各項電力參數(shù)的測量值。圖 1990419904 內(nèi)部結(jié)構(gòu)此芯片的功能包括實時測量三相有功無功能量；電壓有效值

2、和頻率的測量；片內(nèi)集成基準(zhǔn)參考電壓源；具有串行外圍接口總 線接口；芯片功耗低于 6060,具有靜電保護(hù)功能，工作溫度范圍寬。1990419904 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 99049904 為混合模擬數(shù)字信號的集成電路，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1 1 所示。范文先生網(wǎng)收集整理內(nèi)部兩個 1616 位二階的E模數(shù)轉(zhuǎn)換器，分別對電 壓和電流模擬信號進(jìn)行數(shù)字化處理，得到的瞬時電壓與瞬時電流直接相乘 得到瞬時功率。瞬時功率進(jìn)行低通濾波處理得到瞬時有功功率，而瞬時無功功率通過 對電流信號進(jìn)行移相 9090處理后得到。瞬時有功功率和瞬時無功功率經(jīng)過數(shù)字 - -頻率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成正比的脈 沖信號，這個信號被有功電能和無功電能

3、計數(shù)器隨著時間進(jìn)行累加。芯片內(nèi)部設(shè)有電壓過零檢測電路，電壓每過零點產(chǎn)生一個寬度是 1 1 的 脈沖，被頻率寄存器累加起來。電壓有效值是通過累加每個瞬時電壓采樣值并進(jìn)行數(shù)字處理后得到 的。該芯片直接測量每相電路的四個參數(shù)有功電能、 無功電能、 電壓有效 值和頻率值。其余電力參數(shù)，如電流、功率等，需要通過微控制器根據(jù)相應(yīng)的公式 計算才能得到。為了提高輸入信號的測量精度，99049904 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用了E調(diào)制技 術(shù)，以提高其在基帶內(nèi)輸入信號的信噪比。2990429904 引腳及功能 99049904 的引腳如圖 2 2 所示。為模擬地。為電源的正極。當(dāng)使用分流電阻檢測電流時，接 +25+25 電

4、壓；當(dāng)使用電流互感器時，接+5+5 電壓。為電源負(fù)極。當(dāng)使用分流電阻檢測電流時， 接-25-25 電壓；當(dāng)使用電流互感器時， 接 0 0 電壓。1 1、2 2、3 3 分別是 1 1、2 2、3 3 相的模擬電壓輸入端。當(dāng)測量的電壓為額定電壓時，要保證輸入到內(nèi)部轉(zhuǎn)換器的電流有效值 為 1414 卩，需要通過一個分壓電阻網(wǎng)來滿足這一要求。圖 3 3 和圖 4141、1 1、2 2、2 2、3 3、3 3 分別是 1 1、2 2、3 3 相的模擬電流輸入端。 當(dāng)測量的電流為額定電流時，要保證輸入到芯片上的轉(zhuǎn)換器的電流有 效值為 1616 卩，需要通過一個分流電阻網(wǎng)來滿足這一要求。為參考電源的外接電

5、阻端，通常需要接 4747Q電阻到地。5050 為電壓過零脈沖輸出端，輸出的脈沖頻率為交流電壓的頻率，脈沖 寬度為 1 1 。為芯片的片選信號輸入端，高電平有效。、為串行數(shù)據(jù)的輸入、輸出端。為串行時鐘信號輸入端。1 1、2 2 為外部晶振的輸入、輸出端。3990439904 的接口微控制器通過端口實現(xiàn)對 99049904 內(nèi)部數(shù)據(jù)的訪問。 接口由四根信號線組成串行時鐘輸出端、片選信號輸入端、串行數(shù)據(jù) 輸入端、串行數(shù)據(jù)輸出端，時序如圖 3 3 所示。當(dāng)為高電平時，引腳在時鐘的上升沿輸入 9 9 位地址信號。其中高三位為寫入地址的標(biāo)志位； 5 5、4 4 為保留位，可選 0 0 或 1 1；有效

6、地址為低 4 4 位。在的上升沿檢測到地址的最低有效位 0 0 輸出后，引腳在的下降沿輸出 相應(yīng)寄存器地址里的 2424 位數(shù)據(jù)，高位在前，低位在后。當(dāng) 2424 位數(shù)據(jù)輸出后，如果信號仍然有效，則引腳將繼續(xù)輸出下一個 地址的寄存器數(shù)據(jù)，直到所有的數(shù)據(jù)輸出為止。4990449904 在電力參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用電力參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的硬件組成結(jié)構(gòu)如圖 4 4 所示待測的三相四線線路各相電壓、電流經(jīng)過電壓分壓網(wǎng)絡(luò)和電流互感器，轉(zhuǎn)化成符合 99049904 芯片要求的輸入信號，再經(jīng)過芯片內(nèi)部對電壓和電流進(jìn) 行轉(zhuǎn)換、數(shù)字運(yùn)算和能量累加，從而得到各相的有功電能、無功電能、電 壓有效值和頻率值的原始寄存

7、器值。這些值通過接口傳送到微控制器。本系統(tǒng)選用高性價比的微控制器 78587858，完成各種電力參數(shù)的計算、 通 信命令處理和控制功能。78587858 內(nèi)部集成了 3232 的，程序存儲穴是滿足系統(tǒng)的需求，因而不需要 外部擴(kuò)展。片外擴(kuò)展了 128128 的，用以存放電壓參數(shù)值，并有掉電保護(hù)電路，以保 證數(shù)據(jù)在掉電時不會丟失。1288712887 能夠提供實時時間，以便進(jìn)行時間及時段判斷，從而執(zhí)行相應(yīng) 的電能累計程序。復(fù)雜可編程邏輯器件 70327032 的內(nèi)部設(shè)計了讀取 8 8 路遙信量輸入、執(zhí)行 4 4 路遙控量輸出以及產(chǎn)生各芯片片選信號的邏輯選信號有 1288712887 片選信號、99

8、049904 片選信號、2504525045片選信號、 628128628128 片選信號、 選通信號和選通信號 等。2 2 片 7416474164 芯片驅(qū)動 1616 路發(fā)光二極管。這些發(fā)光二極管用于指示數(shù)字量輸入輸出狀態(tài)、 通信狀態(tài)、 電源狀態(tài)、 自檢錯誤狀態(tài)等。芯片 2504525045 作為看門狗設(shè)置，加強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能另外，該芯片還存儲了模擬的地址號。系統(tǒng)的通信有兩種方式可以選擇一種是通過 485485 總線通信，芯片 7518475184 實現(xiàn)與485485 之間的電平轉(zhuǎn)換；另一種是通過總線通信，主控制模塊 的芯片采用 232232 半雙工異步串行通信模式， 采用網(wǎng)絡(luò)變量和網(wǎng)絡(luò)消息的方 式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。微控制器 78587858 采用主從方式傳輸數(shù)據(jù)，由監(jiān)控主機(jī)或其它的智能節(jié) 點主發(fā)送命令；本模塊從做出相應(yīng)的應(yīng)答，在協(xié)議幀中加入 -16-16 校驗碼， 以保證通信數(shù)據(jù)的正確性。5 5 系統(tǒng)軟件電力參數(shù)遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)的軟件包括系統(tǒng)初始化、時間讀取 與時段判斷程序、電力參數(shù)計算、通信命令處理、產(chǎn)生各種歷史及報警記 錄、顯示狀態(tài)等模塊。軟件流程如圖 5 5 所示。 其中電力參數(shù)計算模塊將完成電力參數(shù)濾波、電力參數(shù)計算以及電能 累加功能。系統(tǒng)實時讀取 99049904 芯片內(nèi)部存儲的各相有功電能、無功電能、電壓 有效值和頻率原始值