電子式多功能電能表的設計與實現

本文闡述了電子式多功能電能表的設計方法、硬件設計的技術關鍵和軟件設計流程。并以NEC的μPD78F0338單片機為例，實現了一款具有四種費率、六條負荷曲線和兩套費率結構的三相四線電子式多功能電能表。

電子式多功能電能表主要針對國內市場三相用電的工業用戶。隨著電力行業改革深入，工業三相用電對多功能電能表的需求大量增加。目前國內多功能表種類少、價格較高、功能不完善,往往僅是針對某些地區的特定要求開發，缺乏通用性，某些產品未能完全達到國標的要求。本文介紹的電子式多功能電能表正是為了適應這種市場需求而設計的。

這是一款智能型高科技電能計量產品，該表可以同時計量正/反向有功電能、正/反向無功電能、四象限無功電能，還具有多費率控制，負荷曲線記錄，各相失壓、過壓、頻率超限記錄，數據LCD顯示等多種功能。主站可以通過RS-485總線或手持紅外抄表器對該電表進行查表、設表、抄表等操作。

軟件代碼全部采用C/C++語言編寫，編碼效率高，可維護性好，便于實現模塊化設計，可根據用戶的需求方便地對功能模塊進行裁剪。而且代碼經過優化，其生成的目標代碼大小和執行效率已與匯編代碼相差無幾。該產品的技術指標全面符合 GB/T 17215-1998 《1級和2級靜止式交流有功電度表》、DL/T 614-1997《多功能電能表》和 DL/T 645-1997《多功能電能表通信規約》的要求。

多功能電能表的總體結構和硬件設計

多功能表總體結構

電子式多功能電能表硬件的核心MCU主控制器，它負責按鍵輸入掃描、工作狀態檢測、計量數據的讀入、計算和存儲、電表參數的現場配置以及與外界的通信控制等。其主要功能單元包括MCU主控制器單元、電量計量模塊、紅外和RS-485通信模塊、校表模塊、EEPROM存儲陣列等；其他輔助模塊主要有：時鐘日歷電路、工作異常報警電路、按鍵輸入電路、復位和看門狗電路、開關電源模塊和后備電池電路、大屏幕液晶顯示模塊和LED顯示模塊。多功能表總體結構框圖如圖1所示。

高性能主控制器單元

主控制器采用NEC公司8位單片機中的高檔產品μPD78F0338。該款單片機為120腳QFP封裝，單片集成有60kB Flash、一個異步通信串行口、40×4段LCD驅動器、高達10MHz的總線時鐘和10路10位精度的ADC，并可通過簡單的接口進行在系統編程，極大地方便在線調試和軟件升級。并且支持高級語言，較好地滿足了多功能表任務繁多、數據量龐大、算法較復雜的功能要求。

串口復用通信單元

通信電路模塊主要包括TSOP1838紅外接收頭、紅外發射二極管、載波電路、MAX487專用485收發電路、驅動/開關二極管和其他元件。

本電能表為便于用戶抄表，設計有紅外本地抄表和RS-485集中抄表兩種串行抄表方式，因為μPD78F0338僅有一個串口，故通信電路設計時采用串口復用技術。由9012、9014和若干電阻等器件組成互補開關，由MCU的一個I/O口來控制紅外和RS-485通信方式的切換。

--摘自www.ednchina.com