变压器智能保护电量计量模块的软硬件.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流变压器智能保护电量计量模块的软硬件.精品文档.变压器智能保护电量计量模块的软硬件设计摘 要在电力供配电系统中，配电变压器是将电压直接分配给低压用户的电力设备，数量多且应用普遍。实时地监测配电变压器运行中的各种参数，及时地发现配电变压器运行中出现的异常情况并加以控制和解决，对于电网稳定、优化运行具有十分重要的意义。工作电流、工作电压和变压器油温是决定中小型变压器是否安全运行的三个主要参数，因此，这三个参数的实时监控对保证变压器的安全运行具有很大的作用。电量计量模块就是用来实时检测变压器工况的电压、电流、功率等电量数据，通过一定的控制策略对变压器

2、的过流、超压和欠压的故障状态进行及时处理。本设计中根据变压器智能保护系统保护的组成结构与工作原理，分析了变压器保护的设计目标、功能需求以及性能需求。硬件部分选取AT89S51单片机作为系统主控机，采用高精度三相电能专用计量芯片ATT7026实时监测电流和电压值，电流、电压检测电路由电流互感器和电压互感器组成。在软件设计中采用可读性和可移植性都较好的KEILC语言进行编程，以此实现对单片机及其外围设备的控制，使软件开发的效率和灵活性大大提高。关键词：电力变压器，过流过压保护，单片机，电量检测THE SOFTWARE AND HARDWARE DESIGN OF POWER MEASUREMENT

3、 MODULE IN TRANSFORMERS INTELLIGENCE PROTECTION SYSTEMABSTRACTIn the electric power supply and distribution system, distribution transformer is the power system directly assigning to a users low voltage power,having large quantity and using widely.Real-time monitoring the various parameters of the d

4、istribution transformer operation, the timely discovery which appears in the operation of the distribution transformer and controlling the abnormal situation of the solution for optimal operation of the power grid stability, has the very vital significance.Working current, working voltage and transf

5、ormer oil temperature is three main parameters which decides small and medium sized transformer safely to operate,so real-time monitoring of the three parameters can guarantee the safe operation of the transformer. This module about the electricity metering and power transformer protection, is used

6、for real-time detection of transformer condition of electricity data such as voltage, current, power,and process over-current, over-voltage and under-voltage fault state in a timely manner through some control strategy for transformer.According to intelligent protection system，protection struction a

7、nd working principle, the design of the transformer analyses the design goals of the transformer protection, functional and performance requirements.The hardware part which selects AT89S51 as the main control machine system uses high-precision three-phase electric energy metering chip ATT7026 real-t

8、ime monitoring of current and voltage.Current and voltage detection circuit is composed of current transformer and voltage transformer. In the software design it adopts the good readability and portability programming language of KEILC in order to realize the control of the micro-controller and its

9、peripheral equipment, which greatly increases the software development efficiency and flexibility.KEY WORDS：power transformer,over-current and over-voltage protection, single chip microcomputer,power detection目录前言1第1章 变压器智能保护系统31.1 系统工作原理31.2 AT89S51单片机简介51.2.1 特性简介51.2.2 管脚定义61.3 小节9第2章 电量计量模块硬件设计1

10、02.1 电量计量芯片ATT7026介绍102.1.1 功能简介102.1.2 芯片引脚定义112.1.3 内部框图介绍132.1.4 应用示意图142.1.5 系统复位152.1.6 相关数值的测量162.1.7 接口模块192.2 互感器电路设计202.2.1 电压互感器202.2.2 电流互感器212.3 复位电路222.4 +5V电压设计232.5 小结24第3章 电量计量软件模块的设计263.1 软件校表设计263.1.1 寄存器定义263.1.2 参数计算273.2 SPI通信软件设计293.2.1 SPI读操作293.2.2 SPI写操作313.3 小结33第4章 系统原理图设计

11、344.1 硬件电路图设计344.2 系统原理图344.3 硬件抗干扰设计364.3.1 传输通道抗干扰设计364.3.2 供电系统抗干扰设计364.3.3 系统接地的抗干扰设计374.4 小节37结论38参考文献39致谢40前言1.课题的选择和意义随着国民经济的发展和人民物质文化生活水平的不断提高，我国的电力事业迅速发展，电网不断扩大，用户对供电质量和供电可靠性的要求也越来越高，这就要求电力供应部门提供安全、经济、可靠和高质量的电力。据统计连接在电网中的变压器总容量约为发电设备总装机容量的89倍，因此配电变压器的安全可靠决定了配电网安全可靠地运行。 对配电变压器的运行状态进行实时监测，以达到

12、对变压器安全、有效的保护是十分必要的。配电变压器分布在各类企业、小区及城镇的大街小巷，由于通信的困难，用常规的自动化检测手段难于实现大量的配电变压器实时保护。如今，国内外越来越多的生产厂家不断的推出各种的配电系统的保护装置，但是大多数是针对大型配电系统所设计的，而对于农村或是边远地区相配套的中小型配电装置的产品却是不多。相对于大型输电变压器而言，中小型配电变压器由于安装分散，工作环境相对恶劣，因此在此类变压器的运行过程中特别是用电高峰时容易出现过负荷、欠压和变压器过热等危及变压器安全运行的问题，如何以一种经济稳定的方式实现对中小型配电变压器的集中监控是一个亟待解决的问题。当变压器发生故障或异常

13、运行时，配电保护装置可以自动读取在线电量数据，为用户提供自动化的用电信息，迅速查出异常情况，降低劳动强度，在减少人力介入的情况下完成大量重复性的工作。工作电流、工作电压和变压器油温是决定中小型变压器是否安全运行的三个主要参数，对这三个参数进行实时监控对于保证变压器的安全运行具有很重要的作用。本文针对中小型配电变压器的集中监控具有重要的工程应用价值。2.现阶段国内外研究现状作为变压器保护系统中很重要的一部分电量计量模块，在国内外有很多产品用于电量检测。比如可方便地测量三相四线制电力线路的各类电参数的AC86型高精度智能电量综合检测仪能同时替代电流、电压、频率、功率、 功率因数、电量等多种电参量传

14、感器；可用于手机、数码相机、MP3等手持设备的LM3658和DS278电量计量模块；基于DSP的工频电量测试仪，以TMS320VC33DSP为核心，采用钳形电流互感器输入和电压直接输入，实现对了电压，电流，功率，电网频率，电网功率因数的测量；ZTV-I 直流电量测试仪采用单片微处理器进行控制，可以测量直流电流、电压及输入功率，具有量程自动切换，测试范围广，测试精度高，使用方便；以嵌入式为核心的数字式智能多功能电量测量设备可实现对电压、电流、有功功率和无功功率等电量的测量，大大减少设备的硬件投入，简化电路，充分利用嵌入式系统强大的可编程功能，完成多参数电量测量和电网的监控。大多数智能变压器仅是针

15、对大型配电系统设计的，成本较高。而对于农村或是边远地区相配套的中小型配电装置的产品不多。由于在农村或是边远地区的配电网中，配电变压器数量众多，分散性大，保护措施不完善等，变压器运行中容易出现很多问题，而目前很少有专门针对中小型配电系统的故障检测和保护等保护装置，本设计就是针对这样的问题建立的。3.本课题设计的内容针对中小型企业和边远地区的低压配电系统的核心设备变压器出现的问题，设计基于单片机的变压器硬件保护电路。通过软硬件设计构成对供电系统的监控系统，可以防止变压器因为过流、过压而出现故障。主要工作：设计能够实时检测变压器工况的各种电量数据的电压、电流、功率等的电量检测电路和电量检测驱动软件及

16、校表软件。变压器运行过程的工作参数:1).设计能够实时检测变压器电量信息的电量计量电路，要求设计的硬件电路简单可靠，人机界面友好，可操作性高；2).设计智能保护模块的电原理图。第1章 变压器智能保护系统1.1 系统工作原理变压器智能保护系统中主要包括基于AT89S51单片机的主控模块，电量计量模块,切闸驱动输入模块，报警电路模块，数据存储模块，显示时钟模块，键盘输入电路模块，温度检测模块，实时时钟模块。具体如图1-1所示。图1-1 变压器智能保护模块组成框图互感器及其它电流、电压检测电路实时地采集变压器的输出的三相电压、三相电流，然后将这些数据传送给电量计量模块。该模块主要有专门的电量计量芯片

17、组成，它负责测量各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量以及无功能量，同时还能测量各相电流有效值、电压有效值、功率因子、相角和频率等参数。这些采集的数据通过SPI接口送到单片机内进行数据分析与计算处理；单片机根据系统的要求，一方面将计算、处理与统计的数据进行存储以备查询或下次调用；另一方面，根据数据采集与处理的结果实时地对补偿功率因数，或输出控制信号。 键盘与显示电路模块组成人机接口电路，用于终端的参数设置、数据修改、数据显示及查询等。报警电路模块是在当采集的电压、电流和油温异常时，及时报警并单片机作出切闸命令。切闸驱动电路模块主要用于系统单片机紧急或特殊情况下的开关分合。温度检测

18、模块用于实时检测变压器的油温，在油温异常时及时切闸，保护变压器。变压器智能保护系统采集的信号有电流、电压、油温和时间；手动输入信号有手动合闸、手动切闸、故障查询；控制器对输入信号进行分析处理后产生的输出信号有实时电流显示、温度显示、故障显示、报警、自动切闸、故障记录和自动重合闸。总体设计工作如下：（1）过负荷保护功能。当系统检测到变压器的工作电流大于1.1倍其额定电流时，就会启动延时切闸流程，并且记录过负荷时间和原因。（2）油温监控功能。实时检测变压器的工作油温，报警温度定为油温80,达到100时切闸并记录故障信息。（3）自动重合闸功能。切断负载后计时15s，如果电流降到额定电流下，自动控制接

19、触器吸合，将负载接到变压器。这时如果负载电流又达到切闸条件（油温高于80），又要切闸，系统在1分钟内如果出现三次重合闸就会永久切闸，等待人工处理。这种状况说明负载一直处于过载状态且没有减小的趋势。（4）数据存储功能。每次切闸要将故障状态、过载电流及油温等数据信息写入数据存储器中以备查阅。系统软件总体设计流程图如图1-2所示，启动单片机后，首先对电流和油温进行检测。当油温大于80时，报警电路进行报警，再次检测油温，若大于100时，直接进行切闸并记录故障，若小于100则检测电流；当油温小于80时，检测电流，根据反时限过流保护软件进行报警，延时，切闸，同时记录故障。若油温和电流都符合要求时，则显示数

20、据即可；若在1min内连续切闸三次，就会永久切闸。 Y N N N Y Y N Y图1-2 系统软件总体设计1.2 AT89S51单片机简介1.2.1 特性简介MCS-51产品指令系统完全兼容；4k字节在系统编程（ISP）Flash闪速存储器；1000次擦写周期；4.0V5.5V的工作电压范围；静态工作模式：0Hz33MHz；三级程序加密锁；1288字节内部RAM；32个可编程I/O口线；2个16位定时/计数器；6个中断源；双工串行UART通道；低功耗空闲和掉电模式；中断可从空闲模唤醒系统；看门狗（WDT）及双数据指针；电标识和快速编程特性；片内振荡器和时钟电路；灵活的在系统编程（ISP字节或

21、页写模式）。AT89S51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

22、在F1ash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。1.2.2 管脚定义VCC：电源电压输入端；GND：电源地；P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。 当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高；图1-3 PDIP封装的AT89S51管脚图 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写

23、入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收； P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLA

24、SH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号；P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流，这是由于上拉的缘故。P3口除了作为普通I/O口，还有第二功能：P3.0 RXD（串行输入口）； P3.1 TXD（串行输出口）； P3.2/INT0（外部中断0）； P3.3/INT1（外部中断1）； P3.4 T0（T0定时器的外部计数输入）； P3.5 T1（T1定时器的外部计数输入）； P3.6/WR（外部数据存储器的写选通）； P3.7/RD（外部数据存

25、储器的读选通）。P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。89C51的P0、P1、P2、P3口作为输入时都是准双向口。除了P1口外P0、P2、P3口都还有其他的功能。 RST：复位输入端，高电平有效。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间； ALE/PROG：地址锁存允许/编程脉冲信号端。当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节

26、。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效； ：外部程序存储器的选通信号，低电平有效。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 信号将不出现；/VPP：外部程序存储器访问允许。当保

27、持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，将内部锁定为RESET；当端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）； XTAL1：片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端； XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端。本设计中主要用到了P1口和RST引脚。利用P1口与电量计量芯片的SPI通讯接口相连，实现通讯。其中：1 P1.5管脚用于计量模块ATT7026的SPI串行数据输出信号线；2 P1.6管脚用于计量模块ATT7026的SPI串行数据输入信号线；3 P1.7管脚用于计量

28、模块ATT7026的SPI串行时钟输入信号线；4 P3.3管脚用于计量模块ATT7026的SPI片选信号线。RST保持两个机器周期以上的高电平时自动复位。上电瞬间，电容充电电流最大，电容相当于短路，RST引脚上为高电平，自动复位；然后电源通过电阻对电容充电，RST端电压慢慢下降。当电容两端的电压达到电源电压时，电容充电电流为零，电容相当于开路，RST端降为低电平，单片机开始正常工作。1.3 小节 本章首先通过系统结构组成框图简单明了地介绍了变压器智能保护系统工作原理，并按照任务书的相关要求画出系统流程图。其次详细介绍了系统的主控芯片AT89S51的特性及管脚说明。此外还提到了单片机与计量芯片A

29、TT7026的通讯接口，这一部分会在以后章节详细介绍。第2章 电量计量模块硬件设计2.1 电量计量芯片ATT7026介绍ATT7026是一种高精度三相电能专用计量芯片，适用于三相三线和三相四线制。它集成了六路二阶sigma-delta ADC、参考电压电路以及所有功率、能量、有效值、功率因子以及频率测量的数字信号处理等电路，因此，在配置有单片机的系统中，能够方便地测量各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量以及无功能量，同时还能测量各相电流有效值、电压有效值、功率因子、相角和频率等参数，能够起到实时监测系统功耗情况的作用。2.1.1 功能简介ATT7026的有功测量可达到1级或0.

30、5级，无功测量达到2级或3级，ATT7026支持电阻网络校表和软件校表两种校表方式。软件校表是通过相关的校表寄存器对增益、相位进行补偿和小电流非线形补偿，可测量到21次以上谐波的有功和无功功率，将系统误差校正在0.5级表的要求内。有功、无功频率校验输出 CF1、CF2 提供瞬时有功、无功功率信息，可以直接接到标准表，进行误差校正。ATT7026片内集成了6路16位的 ADC，采用双端差分信号输入。最大输入电压是 1.5V，即可以输入最大的正弦信号有效值是1V。适宜将电压通道 Un对应到ADC的输入选在0.5V左右，而电流通道Ib时的ADC输入选在 0.1V左右。模数转换电路接收电压、电流互感器

31、电路传送的模拟电压、电流信号，并将模拟信号转变成数字信号，实现ATT7026芯片对电参数的数据采样。电源监控电路连续对模拟电源（AVCC）进行监控。当电源电压低于4V时，ATT7026芯片将被复位，有利于电路上电和掉电时芯片能正常启动；芯片正常工作时，电源监控电路被安排在延时和滤波环节中，可以最大程度防止由电源噪声引发的错误。为保证ATT7026芯片正常工作，应对模拟电源去耦，使AVCC的波动不超过5V5%。ATT7026芯片提供一个SPI接口，方便与主控制单片机之间进行计量参数和校表参数的数据传递。所有电量计量参数都可以通过SPI接口读出。2.1.2 芯片引脚定义ATT7026芯片引脚如图2

32、-1所示。图2-1 ATT7026芯片引脚图引脚定义：RESET（1）：输入，复位管脚，低电平有效，内部有300K上拉电阻；SIG（2）：输出，正常应用时为高电平。当外部MCU通过SPI写入校表数据后，立即变为高电平；上电复位时或由于异常原因芯片重新启动时，该引脚为低电平；V1P/V1N（3，4）：输入，A相电流信道正、负模拟输入引脚。完全差动输入方式，正常工作最大信号电平为1.5V。两个引脚内部都有 ESD 保护电路，最大承受电压为6V；REFCAP（5）：输出，基准2.4V，可以外接。对该引脚使用10uF钽电容并联100nF瓷介电容进行去耦；V3P/V3N（6，7）：输入，B相电流信道正、

33、负模拟输入引脚。完全差动输入方式，正常工作最大信号电平为1.5V。两个引脚内部都有 ESD 保护电路，最大承受电压为6V；AGND（8，15）：电源，模拟电路（即ADC和基准电源）的接地参考点。该引脚应连接到PCB的模拟地；为了有效地抑制噪声，模拟地和数字地只应有一点连接；V5P/V5N（9，10）：输入，C相电流信道正、负模拟输入引脚。完全差动输入方式，正常工作最大信号电平为1.5V。两个引脚内部都有 ESD 保护电路，最大承受电压为6V；REFOUT（11）：输出，基准电压输出，用做外部信号的直流偏置，偏置电压为2.45V左右；AVCC（12）：电源，该引脚提供 ATT7026 模拟电路的

34、电源，正常工作电源电压应保持在 5V5%；为使电源的纹波和噪声减小至最低程度，该引脚应使用10F 钽电容并联 100nF 瓷介电容进行去耦；V2P/V2N（13，14）：输入，A相电压信道正、负模拟输入引脚。完全差动输入方式，正常工作最大信号电平为1.5V。两个引脚内部都有 ESD 保护电路，最大承受电压为6V；V4P/V4N（16，17）：输入，B相电压信道正、负模拟输入引脚。完全差动输入方式，正常工作最大信号电平为1.5V。两个引脚内部都有 ESD 保护电路；AVCC (18)：电源，该引脚提供ATT7026模拟电路的电源，正常工作电源电压应保持在5V5%, 为使电源的纹波和噪声减低至最低

35、程度，该引脚应使用10uf电容并联0.1uf电容进行去耦；V6P/V6N（19，20）：输入，C相电压信道正、负模拟输入引脚。完全差动输入方式，正常工作最大信号电平为1.5V。两个引脚内部都有 ESD 保护电路；S0/S1（21，22）：输入，这两个逻辑输入用来选择输出频率的系数。内部有300K上拉电阻；GND（23）：电源，数字地引脚；TEST（24） 输入，测试管脚，正常应用接地。内部有300K上拉电阻；SCF（25）：输入，这个逻辑输入用来选择输出频率的系数，与S0/S1配合使用，内部有300K上拉电阻；SEL（26）：输入，接高电平时为选择三相四线制，接地电平时为选择三相三线制接线方式

36、。内部有300K上拉电阻；CF1（27）：输出，有功频率校验输出，其频率反映合相平均有功功率的大小，常用于仪表有功功率的校验，也可以用作电能计量；CF2（28）：输出，无功频率校验输出，其频率反映合相平均无功功率的大小，常用于仪表无功功率的校验，也可以用作电能计量；F1/F2（29，30）：输出，低频脉冲输出，其输出反映三相平均有功功率的大小。可直接驱动机电式计度器；F3/F4（31，32）：输出，低频脉冲输出，其输出反映三相平均无功功率的大小。可直接驱动机电式计度器；VDD (33)：电源，内核电源输出3.0V，外接10uf电容并联0.1uf电容进行去耦；VCC (34, 41)：电源，数字

37、电源引脚，正常工作电源电压应保持在5V5%，该引脚使用10uf电容并联0.1uf电容进行去耦；CS (35)：输入，SPI片选信号，低电平有效，内部上拉200K电阻；SCLK (36)：输入，SPI串行时钟输入（施密特）， 注意：上升沿放数据，下降沿取数据；DIN（37）：输入，SPI串行数据输入；DOUT（38）：输出，SPI串行数据输出；VDD (39)：电源，内核电源输出3.0V，外接10uf电容并联0.1uf电容进行去耦；REVP（40）：输出，当检测到合相有功功率为负时，表示电流与电压接线方向相反，输出高电平；当再次检测到合相功率为正时，表示正常，该引脚的输出又将复位到低电平。据此可

38、判断接线是否出错；OSCI（42）：输入，系统晶振的输入端，或是外灌系统时钟输入；OSCO（43）：输出，晶振的输出端；GND (44)：电源，数字地引脚。2.1.3 内部框图介绍ATT7026内部结构大致可以分为三个部分：第一部分为模数转换，芯片将通过六路通道采集的电压、电流模拟量在内部的AD转换器中进行转换，输出芯片能够进行相关计算的数字量；第二部分为数字处理，该模块负责将传递过来的数字量进行有效值计算，从而得出其有功功率和无功功率及功率因数，该部分为ATT7026的核心；第三部分主要为输出，即通过SPI接口与单片机相连，把数据传送出去。内部框图如图2-2所示：图2-2 ATT7026内部

39、框图2.1.4 应用示意图如图2-3所示，ATT7026外部硬件电路主要包括电源、电压及电流模拟输入、脉冲输出及SPI通讯接口等电路。每路的的ADC的交流输入由VxP和VxN输入，同时要求VxP、VxN迭加2.4V左右直流偏置电压。VxP和VxN输入电路中电阻1.2K和电容0.01uF构成了抗混叠滤波器，其结构和参数要讲究对称。由于ATT7026计量部分采用了数字滤波器结构，所以为了保证测量精度，建议选用24.576MHZ的晶振，检查晶体振荡是否正常，频率及幅度是否符合要求。ATT7026与单片机一般有六条连线，其中4条是SPI口线CS、SCLK、DIN、DOUT，一条复位控制线，一条握手信号

40、SIG。图 2-3 ATT7026应用示意图2.1.5 系统复位ATT7026提供两种复位方式：硬件复位和软件复位。硬件复位通过外部引脚RESET完成，RESET引脚内部有300K电阻上拉，所以正常工作时为高电平，当RESET出现大于20us的低电平时，ATT7026进入复位状态，当RESET变为高电平时ATT7026将从复位状态进入正常工作状态。软件复位通过 SPI 口完成，当往 SPI 口写入 0xD3 命令后，系统进行一次复位，复位之后 ATT7026A 从初始状态开始运行。ATT7026在复位状态下SIG为高电平，当ATT7026从复位到工作状态之后，大约经过500us左右，SIG将从

41、高电平变为低电平，此时芯片开始进入正常工作状态，方可写入校表数据，一旦写入校表数据之后，SIG又会变为高电平。复位示意图如图2-4所示。图2-4 ATT7026系统复位2.1.6 相关数值的测量 电压 电压 有功功率 视在功率 电流 视在功率 功率因数 电流图2-5 数字信号处理框图信号处理模块说明：（1）数字高通滤波器：主要是用于去除电流、电压采样数据中的直流分量。（2）数字移相滤波器：主要完成对电压信号移相90的信号处理。在保证信号幅频响应不衰减的前提下，能够对30Hz1500Hz的采样信号进行移相90的处理。因此无功计量的带宽限制在1500Hz以内。（3）有功功率计量：各相的有功功率是通

42、过对直流分量后的电流、电压信号进行乘法、加法、数字滤波等一系列数字信号处理后得到的。电流、电压采样数据中包含高达21次的谐波信息。有功功率的测量原理图如图2-5所示。有功功率计量公式： （2-1）图2-6 有功功率的测量原理图（4）无功功率计量根据无功功率(正弦式无功功率)定义公式： （2-2）无功功率的算法与有功功率类似，只是电压信号采用移相90度之后的，测量带宽主要受到数字移相滤波器的带宽限制。（5）视在功率、功率因数、相角测量基于上述测量的有功功率和无功功率，通过开方、除法等运算就可以得到这些参数。功率因数公式： （2-3）功率因数的符号由无功功率的符号来确定。6）电压、电流有效值测量通

43、过对电压采样值进行平方、开方以及数字滤波等一系列运算得到。电压通道输入1000mv到10mv的信号时电压有效值的误差小于0.5%。电压有效值： （2-4）图2-7 电压有效值的测量原理通过对电流采样值进行平方、开方以及数字滤波等一系列运算得到。电流通道输入1000mv到2mv的信号时电流有效值的误差一般小于0.5%。电流有效值： （2-5）图2-8 电流有效值的测量原理(7)能量计算将功率信号对时间进行积分就可以得到能量。单相有功能量： （2-6）合相有功能量可以根据设置按照代数或者绝对值的模式进行累加，代数加模式Ept=Epa+Epb+Epc。如图2-9所示。图2-9 有功功率测量单相无功能

44、量： （2-7）合相无功能量分两种方式:代数加模式：Eqt=Eqa+Eqb+Eqc （2-7）绝对值加模式：Eqt=|Eqa|+|Eqb|+|Eqc| （2-8）如下图所示：图2-10 无功功率测量2.1.7 接口模块ATT7026内部继承了一个SPI串行通讯接口。ATT7026的SPI采用从属方式工作，使用2调控制线和2条数据线：CS、SCLK、DIN和DOUT。CS:片选，允许访问串口的控制线。CS由高电平变为低电平时表示SPI操作开始，CS由低电平变为高电平时表示SPI操作结束。所以每次操作SPI时CS必须出现下降沿，CS出现上升沿时表示SPI操作结束。DIN：串行数据输入，用于把用户的数据传输到ATT7026。DOUT：串行数据输出，用于从ATT7026寄存器读出数据。SCLK：串行时钟，控制数据移出或者串行口得传输率。