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基于基于 ADE7758+MC9S08AW32ADE7758+MC9S08AW32方案的多回路监控单元的设计方案的多回路监控单元的设计周菁江苏安科瑞电器制造有限公司 江苏江阴摘 要：介绍一个基于 ADE7758和 MC9S08AW32方案的智能监控单元的设计方法，详细说明了设计原理、硬件构成以及软件设计的方法，该装置能够实现最多3个三相回路(或9个单相回路)、18路开关量信号的监控;结合 RS485总线技术及上位机软件，可实现数据及状态信息远传，满足低压配电智能化、网络化及集成化发展的需求0 引言在配电系统领域，智能化和网络化是一个主流的发展方向，但是在实际使用中，若每一个配电回路都安装智能化的网络监测仪表，用户的硬件投资成本是非常大的，鉴于此，集成化又将是一个发展的方向，即将多个配电回路的电参量测量由一个智能仪表来实现因此，一种设计先进、可靠性高、测量精度高的多回路智能监控单元的出现，能够在保证实现用户测量要求的同时，大大降低用户的硬件投资成本和使用成本本文介绍一种 AMC 系列多回路智能监控单元(见图1)的设计方法，最多实现3个三相回路(或9个单相回路)的电参量测量;结合 RS485总线技术及上位机软件，可实现数据及状态信息远传，满足低压配电智能化、网络化及集成化的发展需求。

图1 装置简图1 AMC 多回路监控单元技术特点AMC 多回路监控单元主要应用于多个配出回路的电参数的监测，它将回路中的母线电压、多个配出回路的电流、功率、电能和各个回路的开关状态集中测量、显示、并具有通讯输出，实现了对监控要求较简单的配电出线回路的集中测量和监视一个 AMC 多回路监控单元就能完成实现上述多个回路的监测功能，大大方便了系统的接线、安装、调试;节约了用户的投资，降低了系统成本具体型号及产品功能见表1表1 产品型号及功能2 系统结构整体系统由中央处理单元、电源、交流采样运算、人机界面、开关量控制、通讯接口模块等构成，装置硬件结构如图2所示图 2 装置硬件结构图2.1中央处理单元专用电能芯片中央处理器采用 Freescale 公司的高性能处理器 MC9S08AW32MC9S08AW32是 Freescale 公司一款基于S08内核的高度节能性处理器是第一款认可用于汽车市场的微控制器可应用在家电、汽车、工业控制等高度集成的高性能器件具有业内最佳的 EMC 性能CPU 总线频率最高可达20MHz，最高运行速率可达40MHz丰富的片内资源： 32K Flash 存储器，内部时钟发生器，带有8个可编程通道的定时器，10位、16通道 ADC，双 SCI 口、丰富的 I/O 口、SPI、I2C 等接口，极大地方便了硬件的扩展。

并且支持 BDM 片上调试方式2.2 电源采用的电源模块为通用+5V 开关电源模块电路原理见图3该电源模块输入电压为 AC85V～265V 或DC100V～350V，输入频率45Hz～60Hz，输出电压稳定、故障率小，输出纹波 <1%，转换效率≥75%具有过压、过流保护该模块经实际现场使用，具有很高的稳定性、可靠性和抗干扰能力图 3 电源电路原理2.3 交流采样及运算交流采样运算单元包括交流采样和专用电能芯片系统的母线电压经电压互感器、采样电路、滤波电路后，电压信号进入专用电能芯片的电压通道多路负载的各路电流经电流互感器、采样电路、滤波电路后，电流信号进入高速信号切换开关的输入通道 由高速信号切换开关的通断来控制各路负载的电流信号进入电能芯片的电流通道专用电能芯片采用美国 ADI 公司的高精确度三相电能测量芯片 ADE7758该芯片的测量精度高，功能强大带有一个串行口，两路脉冲输出，集成了数字积分、参考基准电压源、温度敏感元件等，有可用于有功功率、复功率、视在功率、有效值的测量以及以数字方式校正系统误差(增益、相位和失调等)所必须的信号处理电路该芯片适用于各种三相电路(不论三线制或者四线制)中测量有功功率、复功率、视在功率。

2.4人机界面人机界面采用 LED 数码显示系统采用2排四位 LED 数码管加1排6位数码管显示各个回路的电参量， 其显示的数据含义由红色 LED 发光二极管指示其默认显示方式为循环显示各个回路的电参量，用户也可根据实际需要进行设置电参量的显示范围0～9999，并在编程状态下显示菜单及参数，见图4仪表界面数码管显示采用动态扫描方式，其驱动电路使用一片74HC595加三极管构成a)单相仪表界面(b)三相仪表界面图 4 仪表界面2.5 开关量控制模块开关量控制模块由开关量输入和告警输出组成， 电路原理见图5 开关量输入经光电耦合器连接到 CPU告警输出由 GPIO 口经光电耦合器连接到输出继电器开关量输入共设有18路，分别监测3个三相回路的分闸、合闸状态设有1路告警输出，其告警条件可任意设置，只要满足一个设定的条件就会输出告警信号图 5 开关量模块电路原理2.6 通讯接口模块通讯接口模块采用通用的 RS-485、Modbus RTU 通讯规约，电路原理见图6，能实现遥测、遥控、遥信等功能图 6 通讯模块电路原理3 实现功能及原理本设计的主要目的就是采用单个电能芯片来实现对多个回路负载的电流、电压、功率、电能等参数的测量。

考虑到成本和性能的要求，本设计采用的方案是1个电能芯片加多个电子开关，来实现对3个三相回路的各种电参量的测量和监测该方案的实现方式为，将回路的母线电压接入电能芯片 ADE7758的电压通道，多路负载的电流通过由电子开关在 CPU 的控制下进行顺序分时切换，使 ADE7758能够分时按顺序对各路负载进行电参量的测量及运算，并将所测得的数据由 CPU 进行各种处理监控单元主机结构分为电源、主板和显示板3大板块其中电源板主要是开关电源、通讯和开关量的元器件布置，主板主要是采样运算电路、CPU 及外围电路等元器件的布置，显示板主要是显示电路元器件的布置总体结构采用模块化设计，可以根据客户要求增加或减去各种附加功能4 软件设计方法系统软件设计包括以下四个部分：主程序、测量控制模块、显示模块及通讯模块主程序完成上电或复位初始化，复位看门狗，任务调度等功能，程序设计流程如图7所示图7 主程序流程图程序初始化包括 CPU 的 I/O 口初始状态，SPI、I2C、各种定时器、时钟的配置，RAM 的初始化、各种配置信息的引导任务调度主要分为7个任务1～3---回路1～3的数据采集， 4---电量信息显示，5---通讯任务，6---故障判断及输出，7---电能累积处理。

任务由外部中断来触发事件标志主要有：编程设置、装置校准、故障复位及其他信息配置中断主要有：外部中断1---数据采集，定时器中断1---LED 动态显示，定时器中断2---开关监视、故障判断，软时钟 RTI---显示事件标志，通讯中断---数据接收和发送通讯收发处理、显示和电参量的测量控制均以中断方式实现，优先级顺序为：串口通讯中断(最高)→显示中断→测量控制中断(最低)系统通讯采用标准 MODBUS-RTU 规约，便于上位机管理软件设计，与其他网络仪表组网使用，实现对供配电系统的完整监测文章来源于： 《电测与仪表》2007年第4期参考文献[1] Freescale，MC9S08AW 系列单片机数据手册[EB/OL]，2006[2] Analog Devices，ADE7758数据手册[EB/OL]，2006[3] 刘慧银、龚光华、王云飞等Motorola(Freescale)微控制器 MC68HC08原理机器嵌入式应用[M]清华大学出版社，2005年[4] 上海安科瑞电气有限公司，AMC 系列多回路监控单元选型手册[Z]，2006[5] 江阴长江斯菲尔电力仪表公司，基于 ADE7758+MC68HC908LK24网络电能仪表的研制[Z]，2004。