基于單片機(jī)的電量參數(shù)測量儀設(shè)計

　　一、引言

　　電能各參數(shù)的測量是電力系統(tǒng)設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)，包括電壓、電流、功率、電能等參數(shù)。本文設(shè)計了一種以凌陽SPACE061A單片機(jī)[1]為控制核心的電參數(shù)測量儀，通過對智能電量測量芯片CS5463的讀寫，達(dá)到對電量的各個參數(shù)進(jìn)行測量和實(shí)時顯示的目的。

　　二、系統(tǒng)設(shè)計

　　2.1系統(tǒng)總體設(shè)計

　　本系統(tǒng)主要由SPCE061A單片機(jī)、電源電路、取樣網(wǎng)絡(luò)、繼電器開關(guān)模塊、真有效值測量電路、鍵盤顯示和時鐘等模塊組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　2.2有效值轉(zhuǎn)換設(shè)計

　　CS5463是一片集成功率測量芯片，內(nèi)部集成了兩個ΔΣ模-數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、高速電能計算功能、能量頻率轉(zhuǎn)換器和各種電參量計算芯片。圖2為CS5463的結(jié)構(gòu)電路圖。

圖2CS5463內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖

　　電網(wǎng)電壓經(jīng)過電壓分壓電路轉(zhuǎn)換成小電壓信號輸入到CS5463A的電壓通道輸入腳，電網(wǎng)電流經(jīng)過電流互感器轉(zhuǎn)換成電流小信號，再通過電流采樣電路得到小電壓信號輸入到芯片的電流通道輸入腳。CS5463A將轉(zhuǎn)換后得到的信號進(jìn)行數(shù)字處理并計算測得電網(wǎng)電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)，再通過一個SPI口與計量微處理器進(jìn)行通信，將測量到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬃课⑻幚砥鬟M(jìn)行處理，如計算功率因數(shù)角、頻率；判斷有功無功功率方向、電壓是否逆相序；進(jìn)行數(shù)制轉(zhuǎn)換等[2]。圖3為CS5463的電路連接圖。

圖3CS5463電路連接原理圖

　　2.3電源模塊

　　為滿足系統(tǒng)各模塊電源的要求，我們選用7805、7905分別產(chǎn)生正負(fù)5V的電壓給CS5463和SPCE061A提供電源，電路圖如圖4。