基于ADE7878的多路电量检测系统设计

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。

为了使系统能够正确复位，在此系统中，使用专用复位芯片CAT1025复位。CAT1025集成了系统电源监视电路。当系统电压高于设定电压时，延时200 ms启动系统，这使系统在上电时的复位时间大于LPC2132芯片所需要的复位时间，使系统正常复位。
2．2．3 多路信号切换模块的设计
本系统，采用一个电能芯片可采集4路的电流，功率或单路电流，功率，电能数据，其实现多路电流检测的关键是通过CD4052／CC4052切换各路电流信号接入ADE7878芯片。
CD4052／CC4052是一个差分4通道数字控制模拟开关，有A、B 2个二进制控制输入端和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。这些开关电路在整个电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。二位二进制输入信号选通4对通道中的一通道，可连接该输入至输出。其典型应用原理如图4所示。