基于ATT7037AU的新型自适应智能用电控制终端设计

节约用电和安全用电，不但是电器使用者们一直关心的话题，而且是终端用电管理部门重点关注的，对于如何方便众多用户安全使用的同时实现安全方便的管理，也一直是相关部门科研工作者们努力的方向。

目前已设计出各种各样的电路来完成这样的任务，主要的有功率识别法和相位识别法等，但它们都因为电路自身的原因存在缺陷，前者只能对总用电功率进行识别和控制，后者只能识别阻性负载。还有一些提出利用面积比较、BP神经网络、谐波分离等方法来识别负载，这些方法，电路复杂，信号处理算法复杂。还有的对现有电能表电路进行改进后利用微控制器进行控制，这种方法造成电路体积较大，系统复杂，成本高，智能化设计程度低。

基于此，项目组在进行充分调研和实验的基础上，应用户要求设计了一款新型自适应智能用电控制终端，基于新型高集成度SOC芯片，设计了系统电路和软件算法，实现对电

器类型的识别、功率检测和用电控制。实践应用证明其实用性强，可靠性高。

1 自适应智能用电控制终端系统设计

用电控制的中心任务是对终端用电器通、断电控制，依据是该电器是否是在规定的时间和地点被允许使用的。我们日常生活中较常用的电器比如电脑、电扇、充电器、照明灯等，这些是可以在规定的时间段内使用的，而不常用的容易引起事故的大功率电器如热得快、电炉、大功率电吹风等，这些往往是不允许被使用的，小功率易出现事故的如电热毯、小功率电吹风等，这些是限时使用的。因此新型智能用电控制终端必须解决违规电器的自动识别和自动控制问题。

本设计采用上海钜泉光电科技股份有限公司最新研发推出的最新型低功耗高性能的单相多功能计量SOC芯片ATT7037AU，通过对用电设备的电流和电压采样，利用EMU模块的数字信号处理功能实时计算出瞬时有功功率与有功电能、无功功率与无功电能、视在功率与视在电能、电压有效值、电流有效值及频率计算等计量功能，根据这些参数的变化可以判断出负载的变化，利用程序算法可以成功解决以往的限电技术不能识别负载，或者负载识别智能性和准确性不高的问题。

以ATT7037AU为核心的智能用电控制终端主要由SOC最小系统电路、电流及电压采样电路、红外接口电路、显示电路、温度传感电路、电源电压检测电路、继电器控制电路、485通讯接口电路、电源电路等组成。其中，ATT7037AU芯片通过外围电路既能完成用电信息的采集、运算又能够实现和外部交互控制、显示和通信。智能用电控制终端整体结构框图如图1所示。

2 自适应智能用电控制终端硬件设计

自适应智能用电控制终端的设计重点在于获取当前用电器的用电信息，提取出有用的负载特征，从而准确地识别用电器的类型，最终做出是否通断电的动作。另一个重要任务就是精确计量已消费使用的电量，并据此进行一系列通断电操作。此外，必要的通讯功能是实现人机友好交互的重要手段，使操作管理更加智能化。

获取用电信息的手段有很多，比如对电压电流采样后再进行AD转换，或者使用模拟电路进行积分，这会导致运算速度很慢，系统精度降低。本设计采用上海钜泉光电科技股份有限公司最新推出的ATT7037AU芯片，克服了传统电路相位误差大、易饱和，抗干扰能力弱，速度慢，稳定性差的缺点，实现功率电能信息采集、运算和控制的一体化，结构简单，集成度高。

2.1 电能SOC芯片ATT7037AU

ATT7037AU芯片片内集成单相计量(3路ADC)、CPU51内核处理器、LCD驱动、电源管理，时钟管理，RTC模块及每秒补偿机制，温度/电池电压测量模块，PLL，JTAG调试等功能。芯片能够通过片内ADC采样提供三路ADC的原始采样数据和同步波形采样数据，内部DSP电路能实时计算出有功、无功和视在功率、电压有效值、电流有效值等，电能计量误差小于0.1%，电压，电流有效值测量误差小于0.5%。通过SFR寄存器和中断的方式，可以对数字信号处理部分进行校表参数配置和计量参数读取;计量的结果还通过PF/QF/SF引脚输出，也即校表脉冲输出，可以直接接到标准表进行误差对比。

系统核心电路包括芯片电源连接电路，晶振电路，JTAG调试电路，信号采样端口，双串口输出电路，功能按键，以及工作指示灯等。

2.2 电压电流数据采样电路

本控制终端的数据来源主要是用电器上的电压和电流信号，ATT7037AU通过V1P、V1N采样电流，通过V3P、V3N采样电压，通过片内的完全独立的模拟增益放大器(PGA)，可以完成对外部的电压和电流输入差分信号的幅度放大，放大后的信号再送给ADC进行采样和处理，在极小信号输入时能够保证测量的线性度。

电流如图2所示，FLQ为孟桐分流器，其具有线性度好和