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基于ATmega128的32路遙脈單元設(shè)計(jì)及應(yīng)用
安科瑞電氣股份有限公司
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Tmega128的32路遙脈單元設(shè)計(jì)及應(yīng)用

1 于宏業(yè) 2 任景瑞 3李海全

(1長(zhǎng)春黃金設(shè)計(jì)院,吉林 長(zhǎng)春  130012

3.江蘇安科瑞電器制造有限公司,江蘇 江陰 214405)

摘  要:介紹一款基于8位單片機(jī)ATmega128為主控芯片,具有接收32路脈沖信號(hào)輸入的ARTU-P32型遙脈單元設(shè)計(jì)原理,以及該產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)與應(yīng)用案例。

關(guān)鍵字:ATmega128芯片;遙脈單元;ARTU-P32型

0引言

隨著國(guó)家機(jī)關(guān)大樓、大型公共建筑能耗計(jì)量考核規(guī)范的推出,主要電氣干線加裝電能計(jì)量裝置已成為設(shè)計(jì)、審圖和竣工驗(yàn)收的內(nèi)容之一,有條件的省市還要建立能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

但已建樓宇主要電氣干線上一般安裝的往往是壁掛式機(jī)械電能表,不帶RS485通訊接口,拆除重裝智能表既造成浪費(fèi),又增加成本。本文介紹一款具有32路遙脈接點(diǎn)輸入的ARTU-P32,該裝置可接受32路有源或無(wú)源電能脈沖信號(hào),把各路脈沖分別進(jìn)行累加計(jì)數(shù),再經(jīng)通訊實(shí)現(xiàn)和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換,既不浪費(fèi)原有電表,又實(shí)現(xiàn)電能集中抄表,減少人工抄表成本,提高管理效率。

電路設(shè)計(jì)原理

ARTU-P32遙脈單元硬件電路包括,主CPU芯片、撥碼開關(guān)設(shè)定輸入、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、雙路RS485通訊、脈沖計(jì)數(shù)存儲(chǔ)、電源管理及看門狗控制、光電隔離輸入采集、供電電源模塊等8部分組成。(見圖1)

              

1.1 主控CPU 

32路開關(guān)量信號(hào)采集單元(ARTU-P32)設(shè)計(jì)采用ATMEL公司的ATmega128,單芯片實(shí)現(xiàn)雙路RS485通訊、數(shù)據(jù)處理、脈沖記錄存取,顯示狀態(tài)控制等。ATmega128是ATMEL公司推出的一款8位RISC結(jié)構(gòu)高速低功耗單片機(jī),在16M時(shí)鐘頻率時(shí)系統(tǒng)性能可達(dá)16MIPS,內(nèi)帶128k的Flash、4k的EEPROM、4k系統(tǒng)SRAM;可擴(kuò)展64k外部存儲(chǔ)器;兩路UART通訊口。同時(shí)該芯片擁有JTAG在線編程口,方便用戶調(diào)試,降低了開發(fā)成本,53個(gè)可編程I/O口可以掛接足夠多的外圍設(shè)備。

1.2 撥碼開關(guān)設(shè)定輸入

撥碼開關(guān)提供用戶一個(gè)簡(jiǎn)化的人機(jī)接口,用于設(shè)定RS485通訊中的地址、波特率、數(shù)據(jù)格式等設(shè)定功能,撥碼開關(guān)(SW1)的10位數(shù)據(jù)口都接10k電阻上拉到Vcc,電路使用一個(gè)74HC244(IC5)數(shù)據(jù)緩沖器,把撥碼開關(guān)的狀態(tài)傳送到8位數(shù)據(jù)總線,剩余兩根數(shù)據(jù)線則直接接到CPU的I/O端口。(見圖2)

              

1.3 實(shí)時(shí)時(shí)鐘

實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片RX-8025A(IC4)提供給系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間數(shù)據(jù),該芯片擁有400kHz 串行IIC總線接口,其內(nèi)置的32.768 kHz 石英振蕩器,提供寬溫、高穩(wěn)定性的實(shí)時(shí)時(shí)間數(shù)據(jù)。

1.4 通訊方式

通訊方式采用雙路RS485方式,調(diào)試及設(shè)定和上位機(jī)通訊部分在物理上分成兩路,互不干擾,有效防止可能存在的誤操作。(見圖3)

              

1.5 脈沖計(jì)數(shù)存儲(chǔ)

脈沖計(jì)數(shù)存儲(chǔ)器使用32k低功耗SRAM(IC3IC61C256AH和后備電源形成一個(gè)斷電不丟失的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元,使用數(shù)據(jù)鎖存器74HC373(IC2)和CPU的PC端口組成15位數(shù)據(jù)地址對(duì)IC3進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)操作。(見圖4)

               

1.6 看門狗控制

掉電自動(dòng)保存部分使用MAX691CWEIC8)作為電源管理,在系統(tǒng)有輔助供電的情況下保證IC3由主電源Vcc供電,當(dāng)主電源掉電時(shí)則自動(dòng)切換到后備電池供電方式。同時(shí)此芯片還兼有看門狗功能,在系統(tǒng)死機(jī)的極端情況下及時(shí)復(fù)位CPU,使系統(tǒng)快速恢復(fù)至受控狀態(tài)。(見圖5)

              

1.7 光電隔離的輸入信號(hào)狀態(tài)采集

外部開關(guān)信號(hào)采集使用光耦(IC1,IC2只畫出其中四路)作電器隔離,光耦輸出端使用一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器74HC244(IC9)對(duì)光耦輸出信號(hào)進(jìn)行緩沖后傳送到CPU的數(shù)據(jù)總線供CPU讀取。(見圖6)

              

1.8 電源部分

電源模塊采用PI公司的開關(guān)電源芯片,輸入范圍為AC/DC 80-270V,電源共有3路輸出,分別給CPU,12V電源輸出、通訊等部分電路提供電源。

軟件設(shè)計(jì)

軟件流程見圖7

              

產(chǎn)品特點(diǎn)

ARTU-P32采用DIN35mm導(dǎo)軌安裝。前端帶通信指示和信號(hào)運(yùn)行通道指示2組指示燈,32個(gè)通道掃描一周僅需時(shí)間為1ms,每個(gè)輸入通道可以最大計(jì)數(shù)到4294967296,同時(shí)帶GPS校時(shí)功能,可實(shí)現(xiàn)電能計(jì)數(shù)的凍結(jié)、解凍等功能,在外部電源掉電后可以保證脈沖數(shù)據(jù)記錄一個(gè)月內(nèi)不丟失。通信有兩路RS485接口,一路用于通用參數(shù)的設(shè)置及調(diào)試,另一路用于和上位機(jī)通訊。產(chǎn)品頂端設(shè)有撥碼開關(guān)窗口,可通過撥碼開關(guān)設(shè)置產(chǎn)品通訊地址和波特率。產(chǎn)品符合JB/T10388-2002《帶總線通信功能的智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品通用技術(shù)條件》、GB/T7261-2000《繼電器及裝置基本試驗(yàn)方法》和GB/T13729-2002《遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備》標(biāo)準(zhǔn)。

技術(shù)指標(biāo)

產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)詳見表1

                       

應(yīng)用案例

以計(jì)量32個(gè)電氣干線電能為例,電能表為DTM862-2型,一次方案見圖8(a),電能脈沖采集二次見圖8(b)。使用傳統(tǒng)的機(jī)械式電能表附帶脈沖接口,利用智能化的脈沖接收裝置實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中式抄表功能。

                       

 

結(jié)束語(yǔ)

ARTU-P32遙脈單元于2007年12月在國(guó)家繼電保護(hù)及自動(dòng)化設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心測(cè)試,符合相關(guān)要求。該產(chǎn)品已在某油田供水供電公司、蘇州某稅務(wù)大廈、內(nèi)蒙某煤礦等工程配電監(jiān)控系統(tǒng)中得到應(yīng)用,降低了投資成本,產(chǎn)生了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

文章來(lái)源于:《低壓電器》2009年第18期。

參考文獻(xiàn):

[1]上海安科瑞電氣有限公司.ARTU四遙單元安裝使用說明書,2008.07版.

[2]任致遠(yuǎn),周中.電力電測(cè)數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南,中國(guó)電力出版社,2007.

 

作者簡(jiǎn)介:

于宏業(yè)(1959-),男,高級(jí)工程師,研究方向礦山電力設(shè)計(jì)。

任景瑞(-),男,高級(jí)工程師,研究方式

李海全(1980-),男,工程師, 研究領(lǐng)域?yàn)楣た禺a(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)。

電話:13182737499 EMAIL:li_hai_quan@163.com

 

 

聯(lián)系人:趙斌          聯(lián)系電話:021-69158305

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