2主要IC
AD7755作為一種抗干擾能力強(qiáng)、高精度電能計(jì)＋2．5 V基準(zhǔn)電壓。脈沖輸出，引腳F1，F(xiàn)2以較低頻率形式輸出有功功率平均值，引腳Cf以較高頻率形式輸出有功功率瞬時(shí)值，內(nèi)部有可編程增益放大器，片內(nèi)設(shè)有電源監(jiān)控電路保證工作電壓小于＋4 V時(shí)AD7755復(fù)位無(wú)輸出。內(nèi)部相位匹配電路使電壓和電流通道的相位始終是匹配的。內(nèi)部的空載閾值特性保證AD7755在空載時(shí)沒(méi)有潛動(dòng)。
AD736是經(jīng)過(guò)激光修正的單片精密真有效值A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換器。采用真有效值轉(zhuǎn)換技術(shù)，即不通過(guò)平均折算而是直接將交流信號(hào)的有效值按比例轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)。其主要特點(diǎn)是準(zhǔn)確度高、靈敏性好(滿量程為200mVRMS)、測(cè)量速率快、頻率特性好(工作頻率范圍可達(dá)0～460kHz)、輸入阻抗高、輸出阻抗低、電源范圍寬且功耗低最大的電源工作電流為200μA。用他來(lái)測(cè)量正弦波電壓的綜合誤差不超過(guò)±3％。
平均電容(CAV)是AD736的關(guān)鍵外圍元件，用于進(jìn)行平均值運(yùn)算。其大小將直接響應(yīng)到有效值的測(cè)量精度，尤其在低頻時(shí)更為重要。多數(shù)情況下可選33μF。
X25045作為可編程WDTE2PROM，有3個(gè)功能：①WDT；②電源監(jiān)測(cè)；③E2PROM，保存常用設(shè)定參數(shù)。
3 運(yùn)算公式
(1)電壓計(jì)算 電壓的編碼值u(0～255)。電壓U是分段計(jì)算或查表得出：0～0x4d：1000；0x4e－0x79：2190＋(u－0x4e)＊30；0x7a－0xf3：查表，4227－7524；0xf4－0xff：9999。
(2)電流計(jì)算 I＝1．5＊x＊i/255，x為電流滿度值(可取75，100，150，200，300，400A)。
(3)功率計(jì)算 計(jì)算前提是三相負(fù)載對(duì)稱(chēng)。AD7755通過(guò)電流通道(V1P，V1N)、電壓通道(V2P，V2N)兩組輸入，計(jì)算出有功功率，并由“Cf”端輸出與瞬時(shí)有功功率成正比的頻率。MCU統(tǒng)計(jì)“Cf”端在16s中的總累計(jì)(當(dāng)檢測(cè)到負(fù)功率時(shí)，AD7755的REVP端輸出高電平，統(tǒng)計(jì)時(shí)頻率和減；反之，REVP端輸出低電平，統(tǒng)計(jì)時(shí)頻率和增。)最大頻率值公式為：
F＝tt＊(8．06＊V1＊V2＊G＊S)/(Vref＊Vref＊2)
這里，G＝1(AD7755的G0＝G1＝低)，S＝13．6(AD7755的S0＝S1＝高)，tt＝2048(AD7755的SCF＝低)，V1的最大值為0．325
V，V2的最大值的為0．44V，計(jì)算后的最大頻率為2568，兩路和為5136。當(dāng)電流電壓均達(dá)到最大時(shí)功率值也為最大：255＊255＝65025，所以功率因數(shù)必須乘系數(shù)：
C1＝65025/5136＝12．66
總功率計(jì)算(三相三線制)：將UAC(線電壓)，IC(線電流)變?yōu)榈蛪狠斎階D7755，求出有功功率P1(0～2568)；將UBC(線電壓)，IC(線電流)變?yōu)榈蛪狠斎階D7755，求出有功功率P2(0～2568)；P1＋P2即為總功率。
(4)功率因數(shù)計(jì)算 F＊12．66/(IU)，即上述的功率值＊C1(12．66)為功率因數(shù)。由于各相電壓的對(duì)稱(chēng)關(guān)系，實(shí)際上只需獲得一路功率就可以計(jì)算出功率因數(shù)。
4 軟件設(shè)計(jì)
與上述硬件框圖和算法公式相配合，程序可分為主程序、A/D采樣程序、數(shù)顯程序、通訊程序等幾部分：
(1)主程序 包括初始化和軟件防程序跑飛部分，還要監(jiān)測(cè)采樣完成標(biāo)志、分站是否要求通訊標(biāo)志等，最重要功能是完成采樣結(jié)果的算術(shù)處理。
(2)A/D采樣程序 程序發(fā)送同步信號(hào)，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，完后以中斷方式由主程序讀取結(jié)果。
(3)數(shù)顯程序 89C52與MAX7219之間程序分為2部分：初始化子程序、數(shù)據(jù)傳送及顯示子程序。傳送為串行方式，數(shù)據(jù)格為16位，其中：D8～D11是寄存器地址，D0～D7為數(shù)據(jù)，D12～D15為無(wú)關(guān)位。7219接收的第1位是D15。發(fā)送到Din端的串行數(shù)據(jù)在每個(gè)CLK的上升沿移入到內(nèi)部16位移位寄存器中，然后在LOAD的上升沿時(shí)數(shù)據(jù)被鎖存到數(shù)字或控制寄存器中。Din端的數(shù)據(jù)通過(guò)移位寄存器傳送，并在16．5個(gè)時(shí)鐘周期后出現(xiàn)在Dout端。
(4)通訊程序 接受分站命令將測(cè)試結(jié)果返回。分站向電量采集器發(fā)送數(shù)據(jù)命令：0x5a，撥號(hào)值，撥號(hào)值取反；電量采集器回答：0x5a，撥號(hào)值，撥號(hào)值取反；D，Padd：其中，D為傳送數(shù)值，Padd為校驗(yàn)標(biāo)志。當(dāng)分站詢問(wèn)5次都沒(méi)有回答時(shí)，設(shè)置為“未連通”狀態(tài)。
5結(jié)論
該電量采集器作為成熟產(chǎn)品，已應(yīng)用于焦作礦業(yè)集團(tuán)等礦區(qū)，運(yùn)行穩(wěn)定，精度滿足要求。
