基于Modbus协议的三相电力智能配电系统设计

　　随着电力自动化技术的发展和电力智能配电系统建设的需要，具有数字化、智能化、网络化、多功能的配电系统日渐成为中低压配电的最基本要求，采用专用的三相电参量采集芯片和高性价比的16位MSP430处理器构建的智能配电系统，并通过RS 485总线实现电力系统通用的Modbus协议，具有适时遥测数据精度高、遥控可靠、遥信号时、低功耗、扩展性好等优点。

　　1 三相电力配电系统的硬件设计

　　1.1 TI MSP430F149处理器

　　TI MSP430F149是一款超低功耗的高性价比精简指令集16位单片机，最小指令周期125 ns，32 kB的FLASH和2 kB RAM，具有丰富的片上外设资源和5个双向8位IO口，并具有JTAG调试接口，非常适合高性价比低功耗系统的设计。

　　1.2 SA9904B三相电参量采集芯片

　　SAMES公司的SA9904B是专用的电参量采集测量芯片，此芯片具有实时测量三相有功与无功功率/电能、电压有效值和线频率，并可计算功率因数、电流有效值等参数;片内具有精密基准参考电压，保证各电参量的准确采集;具有SPI总线方便与处理器进行接口;芯片自身功耗低于60 mW，具有ESD保护功能。

　　1.2.1 SA9904B内部结构及功能

　　SA9904B是一个高精度专用电能计量芯片，适用于三相三线和三相四线，内部结构如图1所示。内部集成了六路二阶24位∑一△模/数转换器、参考电压电路以及有功与无功电能、有效值、主频率测量的数字信号处理电路，可以测量并计算出各相的有功功率、无功功率、有功电能、无功电能、电压有效值、电流有效值、功率因数和频率等重要的电参量，SA9904B提供了标准的SPI总线接口，方便与外部的处理器进行电参量的传递。

　　1.2.2 SA9904B引脚及功能

　　SA9904B的引脚如图2所示。其中GND为模拟地;VDD为电源的正极，当使用分流电阻检测电流时，接+2.5 V电压;当使用电流互感器时，接+5 V电压;VSS为电源负极，当使用分流电阻检测电流时，接一2.5 V电压，当使用电流互感器时，接0 V电压;IVPl，IVP2，IVP3分别是三相模拟电压采样输入端，当测量的电压为额定电压时，要保证输入到内部A/D转换器的电流有效值为14μA;IIPl，IINl，IIP2，IIN2，IIP3，IIN3分别是三相的模拟电流采样输入端，当测量的电流为额定电流时，要保证输入到芯片上的A/D转换器的电流有效值为16μA;VREF为参考电源的外接电阻端，通常需要接47 kΩ电阻到地;F50为电压过零脉冲输出端，输出的脉冲频率为交流电压的频率，脉冲宽度为1 ms;CS，DI，DO，SCK分别是SPI接口的片选端、数据输入端、数据输出端和时钟端;OSCl，OSC2为外部晶振的输入、输出端。