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隨著(zhù)國家機關(guān)大樓、大型公共建筑能耗計量考核規范的推出，主要電氣干線(xiàn)加裝電能計量裝置已成為設計、審圖和竣工驗收的內容之一，有條件的省市還要建立能耗監測系統。 但已建樓宇主要電氣干線(xiàn)上一般安裝的往往是壁掛式機械電能表，不帶RS485通訊接口，拆除重裝智能表既造成浪費，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，把各路脈沖分別進(jìn)行累加計數，再經(jīng)通訊實(shí)現和上位機監控系統的數據交換，既不浪費原有電表，又實(shí)現電能集中抄表，減少人工抄表成本，提高管理效率。 1 電路設計原理 ARTU-P32遙脈單元硬件電路包括，主CPU芯片、撥碼開(kāi)關(guān)設定輸入、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、雙路RS485通訊、脈沖計數存儲、電源管理及看門(mén)狗控制、光電隔離輸入采集、供電電源模塊等8部分組成。（見(jiàn)圖1） 圖1 電路結構 1.1 主控CPU 32路開(kāi)關(guān)量信號采集單元（ARTU-P32）設計采用ATMEL公司的ATmega128,單芯片實(shí)現雙路RS485通訊、數據處理、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結構高速低功耗單片機，在16M時(shí)鐘頻率時(shí)系統性能可達16MIPS，內帶128k的Flash、4k的EEPROM、4k系統SRAM；可擴展64k外部存儲器；兩路UART通訊口。同時(shí)該芯片擁有JTAG在線(xiàn)編程口，方便用戶(hù)調試，降低了開(kāi)發(fā)成本，53個(gè)可編程I/O口可以?huà)旖幼銐蚨嗟耐鈬O備。 1.2 撥碼開(kāi)關(guān)設定輸入 撥碼開(kāi)關(guān)提供用戶(hù)一個(gè)簡(jiǎn)化的人機接口，用于設定RS485通訊中的地址、波特率、數據格式等設定功能，撥碼開(kāi)關(guān)（SW1）的10位數據口都接10k電阻上拉到Vcc，電路使用一個(gè)74HC244（IC5）數據緩沖器，把撥碼開(kāi)關(guān)的狀態(tài)傳送到8位數據總線(xiàn)，剩余兩根數據線(xiàn)則直接接到CPU的I/O端口。（見(jiàn)圖2） 圖2 撥碼開(kāi)關(guān)設定輸入電路 1.3 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片RX-8025A（IC4）提供給系統當前時(shí)間數據，該芯片擁有400kHz 串行IIC總線(xiàn)接口，其內置的32.768 kHz 石英振蕩器，提供寬溫、高穩定性的實(shí)時(shí)時(shí)間數據。 1.4 通訊方式 通訊方式采用雙路RS485方式，調試及設定和上位機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(jiàn)圖3） 圖3 雙路RS485通訊電路 1.5 脈沖計數存儲 脈沖計數存儲器使用32k低功耗SRAM（IC3）IC61C256AH和后備電源形成一個(gè)斷電不丟失的數據存儲單元，使用數據鎖存器74HC373（IC2）和CPU的PC端口組成15位數據地址對IC3進(jìn)行數據存儲操作。（見(jiàn)圖4） 圖4 脈沖計數存儲電路 1.6 看門(mén)狗控制 掉電自動(dòng)保存部分使用MAX691CWE（IC8）作為電源管理，在系統有輔助供電的情況下保證IC3由主電源Vcc供電，當主電源掉電時(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(mén)狗功能，在系統死機的極端情況下及時(shí)復位CPU，使系統快速恢復至受控狀態(tài)。（見(jiàn)圖5） 圖5 看門(mén)狗電路 1.7 光電隔離的輸入信號狀態(tài)采集 外部開(kāi)關(guān)信號采集使用光耦（IC1，IC2只畫(huà)出其中四路）作電器隔離，光耦輸出端使用一個(gè)數據緩沖器74HC244（IC9）對光耦輸出信號進(jìn)行緩沖后傳送到CPU的數據總線(xiàn)供CPU讀取。（見(jiàn)圖6） 圖6 信號狀態(tài)采集 1.8 電源部分 電源模塊采用PI公司的開(kāi)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。 2 軟件設計 軟件流程見(jiàn)圖7 圖7 軟件流程圖 3 產(chǎn)品特點(diǎn) ARTU-P32采用DIN35mm導軌安裝。前端帶通信指示和信號運行通道指示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數到4294967296，同時(shí)帶GPS校時(shí)功能,可實(shí)現電能計數的凍結、解凍等功能，在外部電源掉電后可以保證脈沖數據記錄一個(gè)月內不丟失。通信有兩路RS485接口，一路用于通用參數的設置及調試，另一路用于和上位機通訊。產(chǎn)品頂端設有撥碼開(kāi)關(guān)窗口，可通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)設置產(chǎn)品通訊地址和波特率。產(chǎn)品符合JB/T10388-2002《帶總線(xiàn)通信功能的智能測控節點(diǎn)產(chǎn)品通用技術(shù)條件》、GB/T7261-2000《繼電器及裝置基本試驗方法》和GB/T13729-2002《遠動(dòng)終端設備》標準。 4 技術(shù)指標 產(chǎn)品主要技術(shù)指標詳見(jiàn)表1 表1
5 應用案例 以計量32個(gè)電氣干線(xiàn)電能為例，電能表為DTM862-2型，一次方案見(jiàn)圖8(a)，電能脈沖采集二次見(jiàn)圖8(b)。使用傳統的機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)現遠程集中式抄表功能。 圖8 6 結束語(yǔ) ARTU-P32遙脈單元于2007年12月在國家繼電保護及自動(dòng)化設備質(zhì)量監督檢驗中心測試，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、內蒙某煤礦等工程配電監控系統中得到應用，降低了投資成本，產(chǎn)生了較好的社會(huì )和經(jīng)濟效益。 |
