表1 产品型号及功能
| | 型号 | 功能 | 应用 |
| 单相 | AMC16-1I9 | 9路单相I、ULN、RS485/Modbus | 9个单相回路的电参数监测、开关监测、并可实现通讯 |
| AMC16-1E9 | 9路单相I、ULN、kW、kWh 、RS485/Modbus |
| AMC16-1E9/K | 9路单相I、ULN、kW、kWh、RS485/Modbus、18路DI、1路DO |
| 三相 | AMC16-3I3 | 3路三相I、U、RS485/Modbus | 3个三相回路的电参数监测、开关监测、并可实现通讯 |
| AMC16-3E3 | 3路三相I、U、kW、kWh、RS485/Modbus |
| AMC16-3E3/K | 3路三相I、U、kW、kWh、RS485/Modbus、18路DI、1路DO |
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。
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MC9S08AW32。MC9S08AW32是Freescale公司一款基于S08内核的高度节能性处理器。是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。具有业内的EMC性能。
CPU总线频率可达20MHz，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。
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、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。
图3 电源回路原理 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。
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。
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：
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()→显示中断→测量控制中断()。
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].任致程 周中. 电力电测数字仪表原理与应用指南[M]. 北京. 中国电力出版社. 2007. 4
[2].周中.电力仪表在大型公共建筑电能分项计量中的应用[J].现代建筑电气 2010. 6
作者简介：
师晴晴（1985－），女，汉族，本科，工程师，主要研究方向为智能建筑供配电监控系统
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