基于ADE7878的多路电量检测系统设计

摘要：为了解决工控领域多路交流电参数检测，需要独立进行单路测量电路设计的问题，给出了一种基于ADE7878芯片和嵌入式技术设计的多路电参教采集系统的硬件电路和程序流程。系统采用LPC2132作为主控芯片，适时控制4052多路开关，切换各路信号，通过I2C通信接口，读取ADE7878电能芯片采集的电量参数，同时通过RS485通信接口，上传电参数。实验结果表明，该采集系统最多可采集4路三相电的电压，电流，功率，功率因数，电能均能实现1％的计量精度，具有应用灵活，外围电路简单，可靠性高，成本低的特点。本电路设计亦可为相关产品的测试系统研发提供参考。
关键词：ADE7878；电量检测；硬件电路设计；单片机

随着社会用电容量的扩大，通过适时检测用电信息，实现配电自动化和管理自动化，迫切需要电量检测及配送向高精度，多功能，智能化方向发展。传统设备存进行多路电量参数监测时，往往采用多个电量监测仪器的方法，区分检测主回路和支路电量参数，系统复杂，成本高。因此，研制一种可以进行多路电量检测系统是十分必要的。为此，三相数字电表是通过使用嵌入式系统，将采样、DSP、ARM等技术集成在一起，实现复费率、多种参数的测量显示、接口丰富、易于扩展的数字电表。文中基于ADE7878芯片设计了一种数控电量检测系统，其可测量1路电压，4路电流，4路功率，1路电能，检测精度均可达1％，并给出了系统的软硬件设计，该设计已在相关产品的研制中得到了应用。同时此设计方法也为相关产品的开发奠定了基础。

1 ADE7878简介
ADE7878是一款高精度、三相电能测量IC。ADE7878适合测量各种三线、四线的二三相配置有功、无功和视在功率，例如Y形或三角形等。各相均具有系统校准功能，即有效值失调校正、相位校准和增益校准。CF1、CF2和CF3逻辑输出可提供许多功率信息：总／基波有功／无功功率、总视在功率或电流有效值和。
ADE7878具有波形采样寄存器，允许访问所有ADC输出。该器件还提供电能质量测量，例如：短时低压或高压检测、短时高电流变化、线路电压周期测量以及相位电压与电流之间的角度等。利用两个串行接口SPI和I2C，可以与ADE7878通信，同时专用高速接口、高速数据采集(HSDC)端口可以与I2C配合使用，以访问ADC输出和实时功率信息。该器件还有两个中断请求引脚／IRQ0和／IRQ1，用来指示一个使能的中断事件已经发生。

2 电量检测系统设计
2．1 系统设计原理
整个检测系统由LPC2132控制及数据存储模块、信号调理和采集模块、多路信号切换模块和通讯模块组成。我们采用LPC2132控制芯片实现电量检测系统的各项功能。交流电压和电流信号，经过信号调理电路，经过4052多路信号切换电路，输出ADE7878采样范围内的信号，ADE7 878将模拟量信号转换为数字量，LPC2132芯片通过I2C通信接口，获取ADE7878的数据，同时LPC2132适时切换4052多路开关，切换各个支路电流信号输出到ADE7878芯片。检测系统配有EEPROM掉电存储单元，可以将ADE7878的校表参数及电能数据存储。通讯模块通过RS485通信接口，可以与计算机进行数据通信，上传采集到的数据信息。电量检测系统实现原理如图1所示。

2．2 系统硬件设计
硬件系统设计主要分信号调理和采集模块、多路信号切换模块、MCU控制及数据存储模块和通信模块3部分。
2．2．1 信号调理和采集模块
电压采样采用电阻分压的方式实现，用大电阻及小电阻串联，采样小电阻两端电压信号，这样输出端VA(VB，VC)输出一个范围在0～500 mV之间的模拟电压。该模拟电压信号输入到ADE7878中。信号调理和采集电路原理图，如图2所示。

电压采样电路计算公式及电压系数如式(1)、(2)所示。

电流采样的传感器采用电流互感器，一次侧直接为实际测量线路，其二次侧输出为电流信号(具体输出电流大小根据需要而定)，故电流采样采用串联电阻的方式实现，采用两个电阻串联实现，这样可得到一个范围在0～500 mV之间的交流电压信号。该模拟电压信号输入到ADE 7878中电流采样电路计算及电流系数计算公式如式(3)、(4)所示。

在进行多路电量信号采集时，需要通过适时切换4052接入ADE7878芯片的模拟信号。实际电路中由于选用电阻本身的误差和输入失调、温漂等问题的存在，上述计算公式零位和线性系数会稍有偏差，可以通过标定得到准确的系数和零位。
2．2．2 MCU控制系统的设计
为了提高采集系统的可靠性，选用基于32位ARM7内核的LPC2132芯片作为主处理器及外部的复位电路实现可靠复位。这样使用一个小的、廉价的处理器核就可实现很高的指令吞吐量和实时的中断响应。MCU控制系统电路原理图，如图3所示。