基于单片机的电量参数测量仪设计

　　一、引言

　　电能各参数的测量是电力系统设计中的一个重要环节，包括电压、电流、功率、电能等参数。本文设计了一种以凌阳SPACE061A单片机[1]为控制核心的电参数测量仪，通过对智能电量测量芯片CS5463的读写，达到对电量的各个参数进行测量和实时显示的目的。

　　二、系统设计

　　2.1系统总体设计

　　本系统主要由SPCE061A单片机、电源电路、取样网络、继电器开关模块、真有效值测量电路、键盘显示和时钟等模块组成，系统框图如图1所示。

图1系统结构框图

　　2.2有效值转换设计

　　CS5463是一片集成功率测量芯片，内部集成了两个ΔΣ模-数转换器(ADC)、高速电能计算功能、能量频率转换器和各种电参量计算芯片。图2为CS5463的结构电路图。

图2CS5463内部结构原理图

　　电网电压经过电压分压电路转换成小电压信号输入到CS5463A的电压通道输入脚，电网电流经过电流互感器转换成电流小信号，再通过电流采样电路得到小电压信号输入到芯片的电流通道输入脚。CS5463A将转换后得到的信号进行数字处理并计算测得电网电压、电流、功率等数据，再通过一个SPI口与计量微处理器进行通信，将测量到的数据传输到计量微处理器进行处理，如计算功率因数角、频率;判断有功无功功率方向、电压是否逆相序;进行数制转换等[2]。图3为CS5463的电路连接图。

图3CS5463电路连接原理图

　　2.3电源模块

　　为满足系统各模块电源的要求，我们选用7805、7905分别产生正负5V的电压给CS5463和SPCE061A提供电源，电路图如图4。

图45V电源电路原理图

　　2.4继电器开关模块

　　固态继电器(SolidStateRelays,缩写SSR)是一种无触点电子开关，由分立元器件、膜固定电阻网络和芯片，采用混合工艺组装来实现控制回路(输入电路)与负载回路(输出电路)的电隔离及信号耦合，由固态器件实现负载的通断切换功能，内部无任何可动部件[3]。

　　2.5时钟电路

　　采用时钟芯片DS1302完成分时记录电能。DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器[4]。图5为DS1302的接线图。

图5DS1302电路原理图

　　2.6按键模块

　　按键采用ZLG7289B芯片。ZLG7289B是广州周立功单片机发展有限公司自行设计的具有SPI串行接口功能的可同时驱动8位共阴式数码管或64只独立LED的智能显示驱动芯片。该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵单片即可完成LED显示﹑键盘接口的全部功能。