基于MCP3906电能芯片和AT-Mega16单片机的单相电表

时间处在某个时段内,则对该时段进行电能累计;否则,不进行电能累计。

2.2 系统功能模块

(1) RTC实时时钟模块

时钟是电能分时计量的基础,实时时钟分硬时钟和软时钟两种,本设计选用硬时钟。当前应用较为广泛的时钟芯片有PCF8583、DS1302等。本设计选用DS1302实时时钟芯片来为系统提供时钟,可精确到年月日时分秒。该芯片内置可编程日历时钟和31字节的RAM,工作电压范围为2.5～5.5V,且功耗低。掉电后可由电池供电,其工作寿命达10年以上。

(2) LCD显示模块

电能表的显示一般可采用段式LCD显示器,这种显示器具有功耗低、寿命长、显示方式灵活等优点。
(3) 通信接口模块

通讯处理模块是电能表系统与外界通讯的模块,这是依据国标规程编写的一个软件模块。该模块包括通讯接收处理、通讯命令处理及通讯发送处理等部分。由于通讯信道有红外信道和RS485信道两个信道,故在通讯时,要由MCU来判断道底使用哪个信道。

(4) 数据存储模块

该功能模块主要由支持I2C总线的可擦写EEP-ROM (AT25C256)和掉电保护电路组成,主要用于存储计算出来的电压、电流、有功等实时值以及每个时段的有功电能值,还有掉电时间记录、电压电流越上下限报警记录和历史记录等等。如果模块掉电,系统中的掉电保护电路会自动切换到后备电池给外部RAM供电,以保证RAM里所有的数据不丢失。

(5) 电源

为确保电能表稳定可靠的运行,电源是电能表设计的一个关键。本设计采用一路9V电源和一路5V电源来分别给AVR Mega16和RS485通信单元供电。通信单元、计量单元和MCU之间的通信采用光耦进行隔离,可提升整个系统的抗干扰能力。众所周知,电能表的干扰源主要有电网的电压波动、闪电冲击和变压器产生的电磁感应等。本设计采用压敏电阻来吸收瞬问高压冲击。电源进线处则使用磁环来防止高频电磁脉冲对电路的干扰和破坏。

2.3 软件设计

整个电能表的软件程序由主程序、系统初始化、电量处理模块、数据存储、键盘中断、LCD显示模块、通信模块等组成。通过主程序或通过中断方式可以调用子程序,以实现系统的整体功能。

其中主程序可用于完成启动和系统初始化(包括FLASH、RAM、LCD的设置、SCI及RTC等的初始化),以及判定时段,在LCD上显示电量和时间等。主程序的流程图如图4所示。

而电量处理模块则用于读取计量芯片的有功等电量数据,并进行复杂的处理,最后保存这些电能参量。

按键中断模块主要用来处理按键中断。LCD显示模块则用于完成LCD字段的显示,可通过LCD显示屏轮流显示有功和总电量等参数。

通信模块主要按照通讯规约的要求,来实现与抄表系统的可靠通讯。以便通过抄表系统来读取用户的电量数据以及设置时间、费率和地址等电表参数。

3 结束语

通过本文基于MCP3906电能芯片和AT-Mega16单片机的单相电表可实现对单相电能的计量。该系统性能稳定、功能完善、操作简单,非常适用于单相电能的测量。其较高的性价比也为计量机构和用户提供了更多的一种选择。