基于CS5460A的智能电力控制系统

2 系统软件设计

2．1 系统主体程序框架设计

整个系统软件由主程序与数据采集子程序、数据记录子程序、数据通信子程序、异常处理子程序、显示子程序等组成。如图7所示。



2．2 CS5460A的程序设计

2．2．1 CS5460A的校准

为了能使提高CS5460A的实际测量准确度，在开始测量前要对其进行校准。CS5460A提供AC和DC校准。用户通过设置校准命令字中的相应位来决定执行那种校准，不管是那种校准都有两种模式：系统偏移校准和系统增益校准。无论是AC还是DC校准，用户部必须提供正的满量程信号以完成系统增益校准以及参考地电平以完成系统偏移校准，用户提供的校准信号的差分电压必须限定在差分电压输入范围内。因为本文使用的是市电即交流信号(220 V，50 Hz)，所以校准均采用AC校准。AC偏移校准时需提供零电压和零电流信号，最后得到的实际测量值=线性值+偏移值；AC增益校准实质是对CS5460A 的电压电流有效值寄存器、电能寄存器进行系统刻度校准，需提供满量程电压电流信号。最后使得对应输入端校准参考信号电平的电压有效值寄存器(RMS)的值为0．6。然而，每次复位会将偏移寄存器清O和增益寄存器置1，因此，将第一次校准得到的偏移寄存器值、增益寄存器值保存在E2PROM，每次复位后，CS5460A初始化时将这些值重新装入对应的寄存器中。校准的一般流程如图8所示。



2．2．2 CS5460A的初始化

在该系统中，CS5460A的工作时钟MCLK选定为4．096 MHz，分频系数K设为1，循环计数寄存器的N值设为4 000，则一个基本的计算周期为(1 024×N)／(MCLK／K)=1 s。

CS5460A与单片机的接口非常简单，但它的初始化命令较多，使用上有一定的技巧，如使用不当有时可能初始化不成功，引起芯片的转换出错，使系统不能正常工作。所以在使用过程中将初始化过程反复调试，编成通用子程序，使用时调用，可确保每次运行的准确、可靠。CS5460A初始化子程序框图如图9所示。



CS5460A初始化程序如下：

    CS5460A WriteReg(0x40)； ／／写配置寄存器
    CS5460A_WriteReg(0x78)； ／／写控制寄存器
    CS5460A WriteReg(0x74)； ／／写屏蔽寄存器
    read byte()； ／／从E2PROM中读取校准值
    CS5460A_WriteReg(Ox60)； ／／写交流电流偏移寄存器
    CS5460A_WriteReg(Ox62)； ／／写交流电压偏移寄存器
    CS5460A_WriteReg(0x44)； ／／写交流电流增益寄存器
    CS5460A_WriteReg(0x48)； ／／写交流电压增益寄存器
    CS5460A_WriteCommand(0xe8)； ／／写入开始转换命令

2．3 ZLG500C的程序设计

ZLG500C模块通过对上位机电能数据的存取，和对非接触IC卡的值操作，可以实现对电表的远程付费。

一般非接触IC的读卡流程如图10所示。



程序如下：



2．4 中断服务程序的设计

2．4．1 电能测量中断处理

中断处理子程序：本系统利用单片机外部中断，低电平有效。当CS5460A的一个计算周期结束后，引脚由高电平变为低电平，触发微单片机外部中断，程序转到中断处理子程序。中断服务子程序的功能是先读取CS5460A的寄存器值，然后判断用电量是否过载，如果过载则通过继电器断开总电源，如果用电在额定功率范围内，则更新E2PROM中I，V，P寄存器内的值并将最新的电能寄存器中的值与E2PROM中的电能数据进行累加后存入E2PROM并将数据显示在 LCD上。最后判断当月用电信息是否已经上传至上位机，若未上传则通过RS 485上传信息。

2．4．2 按键中断处理

本系统中设有一个付费按键，该键连接外部中断，中断触发后执行如图11所示流程。



3 结语

综上所述，本文为智能化电能管理提供了一个有效的解决方案。本系统因采用的X5045，所以可将电压和电流有效值、功率、用电量等历史数据保存在 E2PROM中，不断刷新，以供出现故障时查看故障过程，同时系统作为智能终端通过RS 485串行差分总线与上位计算机连接，将当前计算所得数据上传。对用电功率、电流、电压、频率、电量等进行集中监测和控制，设计出分布式电能控制系统，实现电能的分散控制和集中管理。此外，该系统可通过模拟开关复用RS 485总线，读卡器模块ZLG500C实现远程电能付费等一体化的功能。

作者：周敏奇，张谦 上海师范大学
来源：现代电子技术 2010年第33卷第01期