一种串口三相电能采集设备的研制

引言

随着智能电网和物联网技术的快速发展，具备传输能 力的电能采集设备将会呈现大规模市场需求。国内市场上 电能采集的设备有很多，其硬件架构大致可分为三类：一 种是基于通用芯片架构，一种是基于专用电能计量芯片架 构，还有一种是MCU+专用电能计量芯片架构。

本文研制的三相电能采集设备基于MCU+专用电能 计量芯片架构，采用MSP430 f149微处理器作为主控芯片, ATT7022B芯片负责采集三相电的电能参数。采集结果可 通过液晶屏显示，还可通过串口发送至上位机。

1系统设计

图 1 所示为三相电能采集设备结构组成图。图中，ATT7022B 芯片与三相电压互感器、三相电流互感器直接相连，负责采集电能参数，具体包括三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因素。MSP430 作为主控芯片，不仅要处理键盘输入、液晶屏幕输出、串口读写、还要读取 ATT7022B 芯片采集到的数据。

2 硬件设计

2.1 微处理器电路

本文选用 MSP430 f149 作为主控芯片，负责处理输入、输出、串口读写、读取 ATT7022B 芯片采集的数据等功能。它与 ATT7022B 芯片的具体硬件连接如图 2 所示。

2.2 专用电能采集电路

ATT7022B 芯片是一种专用电能计量芯片，支持三相电电压、电流模拟输入，其硬件连接图如图3所示。其中，V1N、V1P为A相电流输入，V3N、V3P为B相电流输入，V5N、 V5P为C相电流输入，V7N、V7P为N相(零线)电流输入, V2N、V2P为A相电压输入，V4N、V4P为B相电压输入, V6N、V6P为C相电压输入，V8N、V8P为N相电压输入。

图3 ATT7022B芯片的外围硬件电路图

2.3电压互感器输入电路

本电能采集设备支持三相电输入，加上零线共四根线输 入。图4所示是其电路图，其中JU用于连接被测量的三相电 以及零线。

图4电压互感器硬件连接图

2.4电流互感器电路

本电能采集设备可支持三相电以及零线共4路信号，4路 信号穿过电流互感器，其电路图如图5所示，其中J,用于连 接电流互感器输出的两根线。

图5电流互感器硬件连接图

3软件设计

本文的三相电力采集设备的软件部分主要包括初始化(时 钟、液晶屏、定时器、串口等)、使能各中断向量、中断服务 处理(键盘输入、定时电能参数读取、串口输入输出)程序、 LCD显示、软件校正。其中主程序为一个死循环程序，一但遇到中断，则处理中断服务程序,处理完成后返回主程序继续执行。

4测试

实验方案：经信号发生器产生被测信号，测量电路中的 电压和电流，并与本文中的三相电力采集设备测量结果进行对 比。其中，标准输入电压取120 V、140 V、180 V、200 V以 及220 V，标准输入电流取1 A、2 A、3 A、4 A，经本电力采 集设备测量后的结果如表1所列，其中Dmax为A、B、C三个 误差绝对值中最大的除以输入电压。

从表1可以看出，其测量误差均在0.2%以内，能够满足 物联网用电数据采集的精度要求。

5结语

本文以MSP430 f149作为主控芯片，超过ATT7022B芯 片采集电能各项参数，并可通过串口将电能各项参数送至上位 机。经校正测试后发现，该电能采集设备具有精度高、结构 简单以及成本低等优点。目前，该电能采集设备已经成功应用 到校园用电监控系统中，运行状况良好。

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