引言

隨著智能電網和物聯網技術的快速發(fā)展，具備傳輸能 力的電能采集設備將會呈現大規(guī)模市場需求。國內市場上 電能采集的設備有很多，其硬件架構大致可分為三類：一 種是基于通用芯片架構，一種是基于專用電能計量芯片架 構，還有一種是MCU+專用電能計量芯片架構。

本文研制的三相電能采集設備基于MCU+專用電能 計量芯片架構，采用MSP430 f149微處理器作為主控芯片, ATT7022B芯片負責采集三相電的電能參數。采集結果可 通過液晶屏顯示，還可通過串口發(fā)送至上位機。

1系統設計

圖 1 所示為三相電能采集設備結構組成圖。圖中，ATT7022B 芯片與三相電壓互感器、三相電流互感器直接相連，負責采集電能參數，具體包括三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因素。MSP430 作為主控芯片，不僅要處理鍵盤輸入、液晶屏幕輸出、串口讀寫、還要讀取 ATT7022B 芯片采集到的數據。

2 硬件設計

2.1 微處理器電路

本文選用 MSP430 f149 作為主控芯片，負責處理輸入、輸出、串口讀寫、讀取 ATT7022B 芯片采集的數據等功能。它與 ATT7022B 芯片的具體硬件連接如圖 2 所示。

2.2 專用電能采集電路

ATT7022B 芯片是一種專用電能計量芯片，支持三相電電壓、電流模擬輸入，其硬件連接圖如圖3所示。其中，V1N、V1P為A相電流輸入，V3N、V3P為B相電流輸入，V5N、 V5P為C相電流輸入，V7N、V7P為N相(零線)電流輸入, V2N、V2P為A相電壓輸入，V4N、V4P為B相電壓輸入, V6N、V6P為C相電壓輸入，V8N、V8P為N相電壓輸入。

圖3 ATT7022B芯片的外圍硬件電路圖

2.3電壓互感器輸入電路

本電能采集設備支持三相電輸入，加上零線共四根線輸 入。圖4所示是其電路圖，其中JU用于連接被測量的三相電 以及零線。

圖4電壓互感器硬件連接圖

2.4電流互感器電路

本電能采集設備可支持三相電以及零線共4路信號，4路 信號穿過電流互感器，其電路圖如圖5所示，其中J,用于連 接電流互感器輸出的兩根線。

圖5電流互感器硬件連接圖

3軟件設計

本文的三相電力采集設備的軟件部分主要包括初始化(時 鐘、液晶屏、定時器、串口等)、使能各中斷向量、中斷服務 處理(鍵盤輸入、定時電能參數讀取、串口輸入輸出)程序、 LCD顯示、軟件校正。其中主程序為一個死循環(huán)程序，一但遇到中斷，則處理中斷服務程序,處理完成后返回主程序繼續(xù)執(zhí)行。

4測試

實驗方案：經信號發(fā)生器產生被測信號，測量電路中的 電壓和電流，并與本文中的三相電力采集設備測量結果進行對 比。其中，標準輸入電壓取120 V、140 V、180 V、200 V以 及220 V，標準輸入電流取1 A、2 A、3 A、4 A，經本電力采 集設備測量后的結果如表1所列，其中Dmax為A、B、C三個 誤差絕對值中最大的除以輸入電壓。

從表1可以看出，其測量誤差均在0.2%以內，能夠滿足 物聯網用電數據采集的精度要求。

5結語

本文以MSP430 f149作為主控芯片，超過ATT7022B芯 片采集電能各項參數，并可通過串口將電能各項參數送至上位 機。經校正測試后發(fā)現，該電能采集設備具有精度高、結構 簡單以及成本低等優(yōu)點。目前，該電能采集設備已經成功應用 到校園用電監(jiān)控系統中，運行狀況良好。

20211222_61c34a88cb7a5__一種串口三相電能采集設備的研制