基于SOC技術的多功能導軌式三相電能表設計與應用
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據統計，我國公共建筑單位面積的年平均耗電量數值巨大，約占全國城鎮總耗電量的22%。在公共建筑節能方面，分項計量是現階段有效可行的方法。分項計量系統中電表作為終端元件，在功能、性能、安裝方式上都有較嚴格的要求。目前我國供電部門用于收費的電能表為壁掛式安裝方式，此安裝方式占用空間較大，不易安裝，更不適用于本來空間就狹小的改造項目。而且大型公共建筑分項電能計量屬于內部計量管理，不宜使用收費電表，而應采用電力儀表。導軌式安裝在體積、結構上都優于傳統的壁掛式和嵌入式儀表，其特殊的安裝方式既可以安裝在終端照明箱中又可以安裝在大型開關柜、動力柜中而不用重新開孔。
1.設計依據
電能表作為計量型儀表，與經濟、民生息息相關。因此，其相關標準在眾多工業標準當中是最為嚴格的。國內電能表主要參考的標準為：
l GB/T17215.322-2008 《交流電測量設備特殊要求 第22部分：靜止式有功電能表（0.2S級和0.5S級）》
l GB/T17215.211-2006 《交流電測量設備 通用要求、試驗和試驗條件 第11部分:測量部分》
l DL/T614-2007《多功能電能表》
以上標準針對電能表在設計、生產及應用中的性能、功能都規定了詳細的技術參數。其中較為重要的性能指標有：
1）、工頻耐壓。所有的電流線路和電壓線路以及參比電壓超過40V的輔助線路連接在一起為一點，另一點為地，試驗電壓4kV加于該兩點間，不應發生飛弧、火花放電或擊穿現象。
2）、快速瞬變脈沖群試驗。在電壓和電流線路加4kV脈沖群，儀表準確度應在相應標準規定的極限內。
3）、靜電放電抗擾度試驗。接觸放電8kV，空氣放電15kV，儀表不能有死機或精度不準顯現。
4）、浪涌抗擾度試驗。在電壓線路通以參比電壓，電流端開路，在電壓和電流線路上施加4kV，正負極各5次，儀表不應損壞不能工作。
以上幾點指標在各自的試驗規格中都是最高級的殘酷級別。對于傳統的壁掛式電能表，體積較大，內部有足夠的設計空間來應對標準中的各種要求。而導軌式三相多功能電能表因為體積較小，模具決定了內部可用空間不大。因此，導軌式三相電能表在設計上要難于傳統的壁掛式電能表。本文以DTSD1352三相多功能電能表為例講解一種基于SOC技術的方案。
2.硬件可靠性設計
2.1 芯片選擇
DTSD1352采用的主芯片是美信公司的71M6543，此芯片包含了一個8051的微處理器內核和一個可實現計量功能的32位DSP數字引擎（CE），同時包括了電能表所必須的一些外設，如LCD驅動、可補償的RTC、UART等。芯片具有良好的電磁兼容性，完全符合電能表的性能標準。由于此芯片的集成度極高，為產品內部結構留下了寶貴的空間。
2.2 總體方案
總體方案框圖如圖1所示。總體設計中主要圍繞71M6543，外圍電路主要包括：開關電源、電壓電流采樣電路、按鍵、液晶顯示、數據存儲、RS485通信模塊、脈沖輸出。原始信號經電阻分壓及電流互感器信號衰減輸入到CE，CE順序處理從模擬輸入引腳采集的電壓信號，計算有功能量（Wh）和無功能量（VARh），以及四象限表計的A2h和V2h。然后MPU存取這些測量值，進一步處理并通過MPU的外圍器件輸出，輸出方式如：LCD顯示、RS485通信等。除了高級測量功能外，實時時鐘（RTC）功能允許71M6543不外掛任何實時時鐘芯片就可以實現多費率分時計量。同時配合外掛的鐵電，可以實現對12個月的歷史數據的保存功能。
71M6543的管腳IADC0至IADC7用作電流傳感器輸入。這8路電流傳感器輸入可配置為8路單端輸入，或配對構成4路差分輸入。為獲得最佳性能，DTSD1352在設計中將電流傳感器輸入配置為差分輸入（即：IADC0-IADC1、IADC2-IADC3、IADC4-IADC5、IADC6-IADC7）。71M6543提供了分流器接入和電流互感器接入兩種接入方式，處于電氣安全的考慮，DTSD1352方案中使用的是互感器方案。具體電路原理圖如圖2所示：
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