产品说明(高职教师)

1、单相电能表及检测电路单相电能表是人们日常生活中必备的测量仪表之一。使用了微处理器的智能单相电能表,不仅具有传统电能表的电能测量能力,还可具备测量数据远距离传输、远距离用电管理等功能,是实现智能电网不可缺少的仪表。图中的电路分两大功能区域:简易的智能电能表部分和交流电压和电流检测测试工装部分。简易智能电能表主要由电能测量芯片BL0930 (U4和单片机(U1部分组成。BL0930(U4用于实现电能的测量,引脚2(V2P和引脚3(V2N分别为电压采样输入信号的正、负输入端,引脚4(VIP和引脚5(VIN分别为电流采样输入信号的正、负输入端,BL0930对输入的电压和电流两个通道的输入电压求乘积,并

2、通过信号处理,把获取的有功功率信息转换成频率。以低电平有效的方式从引脚16(F1、引脚15(F2 输出与功率相关的频率信号,实际功率的输出脉冲(F1,F2计算公式: 其中:Freq引脚F1,F2 输出脉冲频率,V(V电压通道的输入电压的有效值V(I电流通道的输入电压有效值Vref基准电压(2.5±8%Fz由主时钟分频获得,分频系数由S0 和S1 确定,详见表1:Gain-电流通道的系统增益,由G 的逻辑输入决定,详见表2;表1 分频关系 表2 电流通道增益 引脚8(SCF、引脚9(S1、引脚10(S0是BL0930 芯片模式选择管脚,可以通过接不同的电压(+5V,0V来调整芯片的工作

3、模式,选择CF与F1、F2的频率比率,比率与SCF、S1、S0的关系如表3所示:表3 工作模式 单片机部分中,G1、C1和C2构成了时钟电路,晶体频率使用11.0592MHz;R1和C3构成了系统的上电复位电路;单片机的P0口用于4位共阳LED显示器的段码控制驱动(低电平有效,P2口的低4位用于控制三极管Q1Q3,实现LED的位码控制和驱动(低电平选通;2只控制按键K1和K2通过P2.4和P2.5口输入到单片机,用于实现智能电能表的控制操作;U2为串行E2PROM芯片24C02,它的内部有256字节的存储空间,用于智能电能表的运行参数及1年的电能测量数据的掉电保护,24C02与单片机之间采用2

4、线接口,P2.6用于实现接口的时钟线SCL,P2.7用于实现接口数据线SDA; U3为SP485,用于将单片机的串行通信口(RXD、TXD,TTL电平转换为RS-485口(J1:1脚VCC、2脚GND、3脚485-b、4脚485-a,实现智能电能表的远距离数据传输与控制。出于安全的要求,竞赛用智能电能表的测试不使用交流220V市电,所需的交流电压和电流由测试工装电路模拟提供。测试工装由运算放大器LM358构成的电桥振荡器电路等组成,提供交流信号,该信号经J7提供电压采样信号,经J8提供电流采样信号,分别连接到电能表的电压互感器和电流互感器输入端。简易单相电能表及测试工装电路单片机程序的功能简述

5、如下:一、基本功能:1、实现时钟;2、实现T1(CF的计数,通过不同的标定实现不同范围的电能测量;3、实现按键控制与LED显示,K1用于切换显示的内容(年、月日、时分、电能计数值,K2实现日期、时间的调整;4、实现串行E2PROM(24C02的读写,可保存系统密码、日期、时间及1年的抄表数据。每月15日的0点将电能表的当前的年、月、日及电能表的读数保存到24C02中(当月抄表数据。5、实现RS-485口,每月定时上报抄表数据,也可通过上位机查询、控制智能电能表的工作。二、按键功能:1、K1 显示翻页(年、月日、时分、电能计数值;2、K2 调整日期、时间,均做+1,年(20122020循环显示、

6、月(112循环显示、日(131循环显示、时(023循环显示、分(059循环显示三、使用步骤介绍:1、上电后,LED显示电能的测量值;2、将J7连接到时J4(注意地线位置,J8连接到时J3(注意地线位置,用示波器观察BL0930的CF引脚,该有方波输出。3、用k1按键控制LED显示电能测量值,可见电能显示数值增加。4、通过RS-485口可查询当前的电能读数。5、每月的15日为抄表日,0点时自动将当前的年、月、日及电能表的读数保存到24C02中(当月抄表数据,可通过将系统当前日期设置为14日23点59分,等待系统时间为0点后,抄表数据就应该已经保存了。6、通过RS-485口可查询当前的电能读数,J

7、1为RS-485口,其中的3脚为RS-485的B线,4脚为RS-485的A线,通过RS-485到USB口的转换器,可将该口连接到计算机,并通过串口测试程序模仿上位机给智能电能表发送命令,串口的波特率为9600bps,8位数据位, 1位停止位,无较验。具体的指令如表4,串口发出一个字节的命令值和一个字节的结束字符(16进制值的0xff。表4 RS-485命令功能命令功能备注0 查询系统当前的年、月、日及电能表的读数1-12 查询与命令值相应的月份的抄表数据(年、月、日及电能表的读数无相应抄表数据通信时,返回0xff。13 查询系统的当前密码如:发送十六进制数0b ff(十六进制0b对应十进制11

8、,表示查询11月的抄表数据,返回的数据DC 07表示十六进制值07DC(对应十进制2012,表示年,十六进制0B对应十进制11表示11月,十六进制0F对应十进制15表示15日,51 1B表示十六进制值1B51,表示电能表的抄表读数为6993。 装配图如下 装配注意除了J5需要焊接插座用于连接测试以外,其余几个插座的连接请选手自己焊接导线连接,以便于调试。在现场所发元器件中,贴片电容没有写明电容量,是根据使用量发放的,可以据此判断。元器件清单如下: 注意,清单中R35应为33欧姆苏州市职业学校技能竞赛电工电子类电子产品装配与调试 产品说明书 高职/教师组 J9 跳 线 R40 3k C21 10

9、 5 VCC Vout C18 R16 22 0uF/1 6V 10 0 R12 C17 R7 3k 10 k 10 5 VCC V+12 V 8 1 2 3 R37 W1 5.1k VCC R38 33 k R14 10 0k 10 0k U5B 6 5 LM3 58 U5A 3 2 LM3 58 1 D1 D2 R13 33 k R39 33 k C24 C19 R34 R36 47 0 R35 33 10 5 电 压 采 样 + J7 2 1 CON2 J5 V+12 V 2 1 CON2 U6 LM7 805 Vin C16 22 0uF/1 6V GND 7 1N41 48 1N41

10、 48 R15 10 k 33 22 0uF/1 6V 4 J8 电 流 采 样 + 2 1 CON2 单相交流电度表 / 功率计及测试电路 LED 4LED-VCC R27 10 K RS_B R26 22 5 6 7 8 GND A B VCC VCC R28 47 K C_RX_ TX RXD R17 R18 R19 R20 R21 R22 R23 R24 TXD 22 0x8 D00 D01 D02 D03 D04 D05 D06 D07 CD1 12 CD2 9 CD3 8 CD4 6 VCC Q1 90 12 R30 2k R31 2k Q2 90 12 R32 2k Q3 90

11、12 R33 2k Q4 90 12 J1 VCC RS_B RS_A 1 2 3 4 RS-485 VCC U2 A0 VCC A1 WP A2 SCL GND SDA 24 C0 2 VCC CD11 CD12 CD13 CD1 CD2 CD3 22 0uF/1 6V 10 4 10 4 10 4 CD4 39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28 VCC RX2 1 C 2 R1 3 R2 4 R3 5 R4 6 R5 7 R6 8 R7 9 R8 CD1 1 4.7Kx8 CD1 2 CD1 3 CD1 4 K1 K2 SCL SDA

12、 D00 D01 D02 D03 D04 D05 D06 D07 10 RXD 11 TXD 30 29 C7 C4 C5 C6 VCC R41 5.1k 16 15 7 6 8 10 13 11 1 9 S1 SCF S0 F1 F2 C14 10 4 K1 K1 方 式 R42 5.1k K2 K2 清 除 R8 1K R5 2k J3 2 1 电 压 互 感 器 R6 51 R J4 2 1 电 流 互 感 器 IN+ R11 1K IN+ R9 1K R10 1K C11 33 3 C12 33 3 C8 33 3 C9 33 3 4 C10 10 4 5 3 C13 10 4 2 U

13、4 V1P BL09 30 F1 F2 F1 1 F2 2 REVP 3 C_RX_ TX 4 S0 5 S1 6 SCF 7 G 8 R3 F1 R4 CF R2 13 0 12 0 15 0 14 VCC 31 U1 P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7 INT1 INT0 T1 T0 EA/VP X1 X2 RESET RD WR 89 S52 P0 0 P0 1 P0 2 P0 3 P0 4 P0 5 P0 6 P0 7 P2 0 P2 1 P2 2 P2 3 P2 4 P2 5 P2 6 P2 7 V1N V2P VREF AGND SCF S0 NC G Vdd S1 G 11 .0 592 MHz/CY3 G VCC C15 33 3 C1 20 p R1 10 k C2 20 p C3 19 18 9 17 VCC 16 V2N