单相、三相多功能电能表及网络电能表原理及设

较低的成本，与进口表相比具有优势。采用Blackfin高性能DSP处理器解决方案可以满足以上要求:可以使用过采样提高精度；可以使用高速采样提高谐波精度；可以使用系统资源获得高稳定的校表输出；可以使用丰富的内存资源对被测量作细微补偿。A/D转换采用了AD73360，它能保证6路模拟信号同时采样，且在变换过程中延迟很小，非常适合三相电能的采样。

网络电能表

这是一种基于西门子公司TC45无线模块的无线抄表系统解决方案。本方案通过GPRS网络实现对电力抄表系统的数据传输和智能控制。

图3：系统框图。

系统充分利用了TC45支持GPRS、内嵌TCP/IP协议、能够进行二次开发等智能化特性，通过TC45模块建立GPRS无线通信链路，进行基于TCP/IP的数据传输，实现了IP地址设定、电能表数据无线抄读、电能表数据定时存储、远程I/O端口控制、报警通知、充电管理、停电数据保护、自动重启、三相供电、实时时钟等十大功能。系统中所有数据传输均严格遵循多功能电能表通信规范，即645标准，具有良好的可移植性和可扩展性。

系统由多功能电能表、TC45模块扩展板和服务器端组成，如图3所示。扩展板电路向客户开放。TC45模块的串口2经光隔离RS485接口与电能表连接，实现了抄读等数据通信和对电能表的智能控制。具体实现：模块接收服务器端通过GPRS网络传达的数据，经过分析，相关查询指令通过串口2传输给电能表，电能表接收到查询命令后，反馈回相关的信息，然后经过模块的分析校验以及相应的处理后，回送到服务器端。模块的通用I/O接口通过中间电路，实现继电器拉闸和报警等智能处理。一旦有断电、超温等报警事件发生，TC45端将作相应的事件记录，然后向服务器发出相应的报警信息。

1．服务器端软件实现

首先，服务器向模块发送带有IP地址的短消息，然后等待模块端与服务器的连接。一旦连接成功，即可以向模块端发送查询实时数据，读取定时抄读文件以及远程I/O控制等命令。然后，对接收到的反馈信息进行校验，并作相应的处理与显示。同时服务器也开启连接查询功能，以确保与模块端的通信连接畅通。

2．模块端软件实现

初始化及通信连接：该部分是在模块端程序运行时首先执行的部分，对模块进行初始化操作，然后等待服务器端的IP短消息，从中提取出IP地址，然后向服务器端发起连接。一旦连接成功，模块开始等待服务器端发送来的相应命令。

数据接收和发送：当连接成功后，该部分负责与服务器端的数据通信，以及与电能表的数据通信。

数据分析处理：当接收到服务器端的控制查询命令后，先进行校验，然后分析该指令，执行相应的操作。当从电能表端收到信息时，对数据进行校验，然后提取有用的信息，转换成发送给服务器的数据格式，然后交由数据接收和发送部分发送数据。

智能控制：通过TC45的GPIO接口，对电能表进行控制，包括断电、超温、开关等报警控制处理，记录相应数据后，向服务器端发送报警信号，同时也接收服务器端的远程控制命令，做相应LED的开关。

定时抄读：该部分定时对电能表进行抄读，然后将数据以文件形式保存在模块的闪存中，以便服务器端在需要的时候读取定时的抄读数据。

图4：模块硬件框图。

连接保护：定时地接受服务器端的连接查询命令，以确保链路的正常工作。一旦发生连接断开，则程序等待服务器端的IP短消息，进行再次连接。

3．模块端硬件实现

模块端的硬件实现如下：三相变压器整流后的直流电源经DC/DC变换后提供给充电电路对锂电池进行充电；充电锂电池向TC45提供工作电源，使TC45在断电时有充足时间进行现场保存；IGT电路对电池及供电电压进行判断以向TC45模块发出启动信号；LDO电路提供外围电路的工作电压；电源监视电路当供电电压低于设定值时向TC45发出断电报警信号；温度开关电路当外界温度超出设定范围时关断DC/DC电源并向TC45发出超温报警信号；RS485接口用于与多功能电能表相连；遥控电路用于继电器、信号灯等开关信号的开合控制；遥信电路当输入开关信号发生变化时向TC45发出事件报警信号；RTC电池用于向TC45的实时钟电路提供电源。

西门子公司最新推出了代替TC45的无线模块TC65及MC55。TC65与TC45一样使用JAVA平台开发，内嵌TCP/IP协议，但资源更丰富：1.7Mb FLASH、400kb RAM，并提供GPIO、SPI、I2C、USB等各种外围接口。MC55是一种低成本的内置完整TCP/IP协议的GPRS模块，它通过串口使用AT命令与MCU接口，相对JAVA更加接近电能表设计工程师的开发习惯。

本文小结

近几年来，随着新技术的不断涌现以及生产工艺的革新，电能表的产品结构发生了很大变化，不断