变压器智能保护电量计量模块的软硬件设计说明

1、变压器保护智能电能计量模块的软硬件设计摘要在供配电系统中，配电变压器是一种直接向低压用户分配电压的电力设备，应用非常广泛。实时监测配电变压器运行中的各种参数，及时发现配电变压器运行中的异常情况并加以控制和解决，对于电网的稳定和优化运行具有重要意义。工作电流、工作电压和变压器油温是决定中小型变压器安全运行的三个主要参数。因此，对这三个参数的实时监测对保证变压器的安全运行起着重要的作用。电量计量模块用于实时检测变压器的电压、电流、功率等电量数据，并通过一定的控制策略随时间处理变压器的过流、过压、欠压故障。在本次设计中，根据变压器智能保护系统的组成结构和工作原理，分析了变压器保护的设计目标、功能要求

2、和性能要求。硬件部分选用AT89S51单片机作为系统的主控制器，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，采用了可读性和可移植性强的KEILC语言进行编程，实现了对单片机及其外围设备的控制，大大提高了软件开发的效率和灵活性。关键词:电力变压器，过流过压保护，单片机，电量检测目录 TOC o 1-3 h z HYPERLINK l _RefHeading_Toc6073 前言1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc2912 第1章 变压器智能保护系统3 HYPERLINK l _RefHeadi

3、ng_Toc14856 1.1 系统工作原理3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc10348 1.2 AT89S51单片机简介5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc26779 1.2.1 特性简介5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc22185 1.2.2 管脚定义6 HYPERLINK l _RefHeading_Toc20128 1.3 小节9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc30347 第2章 电量计量模块硬件设计10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc3272 2.1 电量计量芯片AT

4、T7026介绍10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc10183 2.1.1 功能简介10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc26264 2.1.2 芯片引脚定义11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc16360 2.1.3 部框图介绍13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc25379 2.1.4 应用示意图14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc23197 2.1.5 系统复位15 HYPERLINK l _RefHeading_Toc17563 2.1.6 相关数值的测量16 HYPERLI

5、NK l _RefHeading_Toc31119 2.1.7 接口模块19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc5467 2.2 互感器电路设计20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc6069 2.2.1 电压互感器20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc15960 2.2.2 电流互感器21 HYPERLINK l _RefHeading_Toc29831 2.3 复位电路22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc31269 2.4 +5V电压设计23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc1573

6、8 2.5 小结24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc20704 第3章 电量计量软件模块的设计26 HYPERLINK l _RefHeading_Toc12459 3.1 软件校表设计26 HYPERLINK l _RefHeading_Toc27848 3.1.1 寄存器定义26 HYPERLINK l _RefHeading_Toc27048 3.1.2 参数计算27 HYPERLINK l _RefHeading_Toc21583 3.2 SPI通信软件设计29 HYPERLINK l _RefHeading_Toc20917 3.2.1 SPI读操作29 HY

7、PERLINK l _RefHeading_Toc15839 3.2.2 SPI写操作31 HYPERLINK l _RefHeading_Toc14080 3.3 小结33 HYPERLINK l _RefHeading_Toc4783 第4章 系统原理图设计34 HYPERLINK l _RefHeading_Toc27292 4.1 硬件电路图设计34 HYPERLINK l _RefHeading_Toc8538 4.2 系统原理图34 HYPERLINK l _RefHeading_Toc832 4.3 硬件抗干扰设计36 HYPERLINK l _RefHeading_Toc179

8、45 4.3.1 传输通道抗干扰设计36 HYPERLINK l _RefHeading_Toc4896 4.3.2 供电系统抗干扰设计36 HYPERLINK l _RefHeading_Toc15815 4.3.3 系统接地的抗干扰设计37 HYPERLINK l _RefHeading_Toc20818 4.4 小节37 HYPERLINK l _RefHeading_Toc16925 结论38 HYPERLINK l _RefHeading_Toc31650 参考文献39 HYPERLINK l _RefHeading_Toc16592 致40前言1.题目的选择和意义随着国民经济的发展

9、和人民物质文化生活水平的不断提高，我国电力工业发展迅速，电网规模不断扩大。用户对供电质量和可靠性的要求越来越高，这就要求供电部门提供安全、经济、可靠、优质的电力。据统计，接入电网的变压器总容量约为发电设备总装机容量的8 9倍，因此配电变压器的安全可靠性决定了配电网的安全可靠运行。为了安全有效地保护变压器，有必要对配电变压器的运行状态进行实时监测。配电变压器分布在各类企业、社区、城镇的大街小巷。由于通信困难，用常规的自动检测方法很难实现对大量配电变压器的实时保护。现在越来越多的国外厂商在不断推出各种配电系统保护装置，但大多是针对大型配电系统设计的，针对农村或偏远地区中小型配电装置的产品很少。与大

10、型输电变压器相比，中小型配电变压器安装分散，工作环境相对恶劣。因此，这类变压器在运行过程中，特别是在用电高峰时段，存在过载、欠压、变压器过热等诸多问题，可能导致变压器安全运行。如何经济、稳定地实现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运行异常时，配电保护装置可以自动读取在线电量数据，为用户提供自动用电信息，快速发现异常情况，降低劳动强度，在较少人工干预的情况下完成大量重复性工作。工作电流、工作电压和变压器油温是决定中小型变压器安全运行的三个主要参数。这三个参数的实时监测对保证变压器的安全运行起着重要的作用。本文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.

11、国外研究现状。作为变压器保护系统中非常重要的一部分电量计量模块，国外有很多用于电量检测的产品。比如AC86，可以方便地测量三相四线电力线的各种电参数，可以同时替代电流、电压、频率、功率、功率因数、电量等各种电参数传感器。LM3658和DS278电能计量模块，可用于手机、数码相机、MP3等手持设备；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直流电压输入，实现电压、电流、功率、电网频率和电网功率因数的测量。ZTV-I型DC功率计由单片机控制，可测量DC电流、电压和输入功率。具有量程自动切换、测试范围宽、测试精度高、使用方便等优点。以嵌入式系统为核心的数

12、字化智能多功能电量测量设备，可以测量电压、电流、有功功率、无功功率等电量，大大降低设备的硬件投资，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监控。大部分智能变压器只针对大型配电系统设计，成本较高。而针对农村或偏远地区中小型配电装置的产品并不多。由于农村或偏远配电网的配电变压器数量多、分散性大、保护措施不完善，变压器运行存在诸多问题。但目前针对中小型配电系统故障检测和保护的保护装置很少，本设计就是为了解决此类问题而设计的。3.本课题设计的容量针对中小型企业和偏远地区低压配电系统的核心设备变压器存在的问题，设计了基于单片机的变压器硬件保护电路。通过硬件和软件的设计，供电

13、系统的监控系统可以防止变压器因过流和过压而失效。主要工作:设计电量检测电路、电量检测驱动软件和电表校准软件，能够实时检测变压器的电压、电流、功率等各种电量数据。运行期间变压器的运行参数:1)设计一个电能计量电路，可以实时检测变压器的电能信息。要求设计的硬件电路简单可靠，人机界面友好，可操作性强；2)设计智能保护模块的电气原理图。智能变压器保护系统系统工作原理变压器智能保护系统主要包括基于AT89S51单片机的主控模块、电量测量模块、开关驱动输入模块、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、温度检测模块和实时时钟模块。如图1-1所示。图1-1变压器智能保护模块组成框图变压器和

14、其他电流电压检测电路实时采集变压器输出的三相电压和三相电流，然后将这些数据传输到电能计量模块。该模块主要由一个专用的电量测量芯片组成，负责测量各相的有功功率、无功功率、视在功率、有功电能和无功电能，以及各相电流有效值、电压有效值、功率因数、相角和频率。这些采集到的数据通过SPI接口送到单片机进行数据分析和计算。根据单片机系统的要求，一方面存储计算、处理、统计的数据，以备查询或下次调用；另一方面，根据数据采集和处理的结果，可以实时补偿功率因数，或者输出控制信号。键盘显示电路模块构成人机接口电路，用于终端的参数设置、数据修改、数据显示和查询。报警电路模块在采集到的电压、电流、油温异常时及时报警，单

15、片机发出断电命令。开关驱动电路模块主要用于在紧急或特殊情况下开关系统微控制器。温度检测模块用于实时检测变压器的油温，并在油温异常时切断保护变压器。智能变压器保护系统采集的信号包括电流、电压、油温和时间；手动输入信号包括手动合闸、手动分闸和故障查询；控制器对输入信号进行分析处理后产生的输出信号包括实时电流显示、温度显示、故障显示、报警、自动关断、故障记录和自动重合闸。总体设计工作如下:(1)过载保护功能。当系统检测到变压器的工作电流大于其额定电流的1.1倍时，将启动延时切换过程，并记录过载时间和原因。(2)油温监控功能。变压器工作油温实时检测，报警温度设定为80。当温度达到100时，开关关闭，并

16、记录故障信息。(3)自动重合功能。当负载切断时，将计时15s。如果电流下降到额定电流以下，接触器将自动控制闭合，并将负载连接到变压器。此时，如果负载电流再次达到关断条件(油温高于80)，就会再次关断。如果系统在一分钟内重合闸三次，将永久关闭，等待人工处理。这种情况说明负荷已经超负荷，没有下降趋势。(4)数据存储功能。每次关闭制动器时，应将故障状态、过载电流和油温等数据信息写入数据存储器，以供参考。系统的总体设计流程如图1-2所示。单片机启动后，首先检测电流和油温。当油温大于80时，报警电路报警并再次检测油温。如果大于100，制动器将直接关闭，并记录故障。如果低于100，将检测电流。油温低于80

17、时，根据反时限过流保护软件检测电流、报警、延时、切断并记录故障。如果油温和电流符合要求，可以显示数据。如果在1分钟内连续三次关闭制动器，制动器将永久关闭。单片机复位测试油温T80Y普通报警Ii 1.1In英寸电流T100不知道YY报警耽搁延迟15秒切换并记录故障。是时候关掉刹车三次了？普通Y永久制动切割图1-2系统软件总体设计AT89S51单片机介绍特性简介MCS-51产品指令系统完全兼容；ISP中4k字节)闪存；1000次擦除循环；4.0V5.5V工作电压范围；静态工作模式:0hz 33 MHz；三级程序加密锁；28 8字节内存；2个可编程I/O端口；两个16位定时器/计数器；6个中断源；双

18、工串行UART通道；低功耗空闲和省电模式；中断可以将系统从空闲模式中唤醒；看门狗(WDT)和双数据指针；电气识别和快速编程特性；芯片振荡器和时钟电路；灵活的系统内编程(ISP字节或页面写入模式)。AT89S51提供以下标准功能:4k字节闪存、128字节RAM、32个I/O端口、看门狗(WDT)、两个数据指针、两个16位定时器/计数器、一个5向量两级中断结构、一个全双工串行通信端口、片上振荡器和时钟电路。同时AT89S51可以降低到0Hz静态逻辑运行，支持两种软件可选的省电工作模式。空闲模式停止CPU的工作，但允许RAM、定时器/计数器、串行通信端口和中断系统继续工作。掉电模式保存RAM的内容，

19、但振荡器停止工作，并禁止所有其它元件工作，直到下一次硬件复位。当访问外部数据存储器或程序存储器时，这组端口线以分时方式交换地址(低8位)和数据总线被多路复用，在访问期间，有源部分上拉电阻。在F1ash编程期间，端口P0接收指令字节，而在程序验证期间，它输出指令字节。验证期间，需要外部上拉电阻。引脚定义VCC:电源电压输入；GND: HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/8503941.htm 电源地；P0端口:P0端口是一个8位开漏双向I/O端口，每个引脚可以吸收8TTL栅极电流。当P1端口的引脚第一次写1时，定义为 HY

20、PERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1410710.htm 高阻进入。P0可用于外部程序数据。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/87697.htm 存储器，可以定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程期间，端口P0用作源代码输入端口。检查FIASH时，端口P0输出源代码。此时，端口P0的外部必须拉高。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/picview/1641206/1641206

21、/0/43e6c733c82f0478ac4b5f52.html 图1-3PDIP封装中AT89S51引脚图P1端口:P1端口是8位双向I/O端口，带上拉电阻，P1端口缓冲可以接收和输出4TTL栅极电流。当P1引脚写入1时，它被上半部分上拉，可以用作输入。当P1引脚从外部拉低至低电平时，它将输出电流，这是由于上半部分的上拉。在闪存编程和验证期间，P1端口作为第八个地址被接收；P2端口:P2端口是一个带上拉电阻的8位双向I/O端口。P2端口缓冲器可以接收和输出四个TTL门电流。当P2端口被写入“1”时，其引脚被上拉电阻上拉，用作输入。因此，当它用作输入时，P2端口的引脚被外部拉低，这将输出电流。

22、这要归功于部委的拉动。P2港应该对外使用。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/421016.htm 程序存储器或16位地址。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1273932.htm 外部数据当访问存储器时，P2端口输出地址的高八位。当给定地址“1”时，它利用外部8位地址数据的上拉 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/87697.htm 存储器当读写时，P2港输出它的 H

23、YPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/714719.htm 特殊功能寄存器容量。在闪存编程和验证期间，P2端口接收高位八位字节地址信号。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/8407048.htm 控制信号；P3: P3引脚是带有部分上拉电阻的八个双向I/O端口，可以接收和输出四个TTL栅极电流。当P3端口被写入“1”时，它们被拉高到高电平并用作输入。作为输入，P3端口将由于外部下拉输出电流到低电平，这是由于上拉。除了作为一个普通的I/O端口，P3还有

24、第二个功能:3.0rxd(串行输入端口)；P3.1 TXD(串行输出端口)；P3.2/INT0(外部 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/121718.htm 中断0);P3.3/INT1(外部中断1)；P3.4 T0(T0 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/281961.htm 定时器外部计数输入)；P3.5 T1(T1 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/281961.

25、htm 定时器外部计数输入)；P3.6/WR( HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1273932.htm 外部数据 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/87697.htm 存储器写选通脉冲)；p 3.7/研发( HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1273932.htm 外部数据 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%

26、20/view/87697.htm 存储器读取选通脉冲)。P3端口同时接收一些用于闪存编程和程序验证。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/8407048.htm 控制信号。当I/O端口用作输入端口时，有两种工作模式，即所谓的读端口和读引脚。读取端口时，实际上并不是从外部读取数据，而是将端口 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/629932.htm 锁存器容量被读入 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%

27、20%20%20/view/1529154.htm 部总线，经过一些操作或转换后写回端口。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/629932.htm 锁存器。只有当端口被读取时，外部数据才真正被读入。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1529154.htm 部总线。89C51的端口P0、P1、P2和P3都用作输入。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/2342085.ht

28、m 准双向端口。除了P1港，P0港、P2港和P3港还有其他功能。RST:复位输入，高电平有效。当.的时候 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/429391.htm 振荡器重置设备时，保持两个RST引脚。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/713240.htm 计算周期高电平时间；ALE/PROG: HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/2260573.htm 数据锁存器允许/

29、 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/3281.htm 编程脉冲终端。参观时 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1774042.htm 外部存储器什么时候， HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/2260573.htm 数据锁存器正当的 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/355572.htm 输出水平

30、用于锁存地址的低位字节。在闪光灯下 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/3281.htm 编程在此期间，这 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/641241.htm 引脚用于输入 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/3281.htm 编程脉搏。正常情况下，ALE端子以恒定的频率周期输出正脉冲信号。这个频率是 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.ba

31、idu%20%20%20%20/view/429391.htm 振荡器频率的1/6。因此，它可以用作外部输出脉冲或用于计时目的。但是，应该注意的是，无论何时用作 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1273932.htm 外部数据 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/87697.htm 存储器，ALE脉冲将被跳过。如果要禁止ALE的输出，可以在SFR8EH地址上置0。此时，ALE仅在执行MOVX和MOVC指令时工作。此外，这 HYPERLINK .

32、/%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/641241.htm 引脚被微微拉起。如果 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1125.htm 微处理器在外部执行状态下，ALE被禁止，设置无效；:外部 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/421016.htm 程序存储器选通信号在低电平有效。通过外部程序 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/vi

33、ew/87697.htm 存储器指的是周期，每个 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/713240.htm 计算周期两个是有效的。但是在参观过程中 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1273932.htm 外部数据内存中，两个有效的信号不会出现；/VPP:外部 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/421016.htm 程序存储器允许进入。当保持低电平时，外部 HYPERLI

34、NK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/421016.htm 程序存储器(0000H-FFFFH)，是否有程序存储器。注意加密模式1时，锁定部分复位；当端子保持在高电平时，程序存储器存储在这里。在闪存编程期间，该引脚还用于施加12V编程电源(applyXTAL1:切片 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/429391.htm 振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端；XTAL2:平板电脑 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%

35、20%20%20/view/429391.htm 振荡器反相放大器的输出。本设计主要采用P1端口和RST引脚。P1口与电量计量芯片的SPI通信接口相连，实现通信。其中包括:P1.5引脚用于计量模块ATT7026的SPI串行数据输出信号线；P1.6引脚用于计量模块ATT7026的SPI串行数据输入信号线；P1.7引脚用于计量模块ATT7026的SPI串行时钟输入信号线；引脚P3.3用于计量模块ATT7026的SPI片选信号线。当RST保持高电平超过两个机器周期时，它会自动复位。上电瞬间，电容充电电流最大，电容相当于短路，RST引脚处于高电平，自动复位；然后电源通过电阻给电容充电，RST端电压缓慢

36、下降。当电容两端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端降至低电平，微控制器开始正常工作。小事本章首先通过系统结构框图简要介绍了变压器智能保护系统的工作原理，并根据任务书的相关要求绘制了系统流程图。其次，详细介绍了系统主控芯片AT89S51的特点和引脚说明。此外，还提到了单片机与计量芯片ATT7026之间的通信接口，这将在后面的章节中详细介绍。电能计量模块的硬件设计电量计量芯片ATT7026介绍ATT7026是一款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系统。它集成了六个二阶sigma-delta ADC、基准电压电路和数字信号处理电路，用于测量所有功率、能量

37、、有效值和功率因数随频率的变化。因此，在配有单片机的系统中，可以方便地测量各相的有功功率、无功功率、视在功率、带无功电能的有功电能，还可以测量各相电流有效值、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数。功能介绍ATT7026可以实现有功功率测量的1级或0.5级，无功功率测量的2级或3级。ATT7026支持电阻网络电表校准和软件电表校准。软件电表校准是通过相关的电表校准寄存器进行小电流的增益、相位和非线性补偿，可以测量21次以上谐波的有功和无功功率，将系统误差修正到0.5米的要求。有功和无功频率检查输出CF1和CF2提供瞬时有功和无功功率信息，可以直接连接到标准表进行误差校正。ATT7026芯片集成

38、了6个16位ADC，采用双端差分信号输入。最大输入电压为1.5V，即能输入的正弦信号的最大有效值为1V。合适的电压通道Un对ADC的输入应为0.5V左右，而电流通道Ib的ADC输入应为0.1V左右，模数转换电路接收电压电流互感器电路传输的模拟电压电流信号，将模拟信号转换为数字信号，以便ATT7026芯片对电参数进行采样。监控电路持续监控模拟电源(AVCC)。当电源电压低于4V时，ATT7026芯片会复位，有利于电路上电和断电时芯片的正常启动。芯片正常工作时，在延时和滤波环节设置电源监控电路，可以最大程度地防止电源噪声带来的误差。为保证ATT7026芯片正常工作，模拟电源应去耦，使AVCC波动不

39、超过5V5%。ATT7026芯片提供了SPI接口，方便了ATT7026芯片与主控微控制器之间测量参数和校准参数的数据传输。所有电能计量参数均可通过SPI接口读取。芯片引脚定义ATT7026芯片的引脚如图2-1所示。图2-1 att 7026芯片的引脚图引脚定义:RESET(1):输入，RESET引脚，低电平有效，带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写入校准表数据时，立即变为高电平；当芯片因异常原因重启或上电复位时，此引脚为低电平；V1P/V1N (3，4):A相电流通道的输入、正负模拟输入引脚。全差分输入模式，正常工作的最大信号电平为1.5V两个引

40、脚都有ESD保护电路，最大耐受电压为6V；Cap (5):输出，参考2.4V，可外接。用一个10uF钽电容与一个100nF陶瓷电容并联，对此引脚去耦；V3p/V3N (6，7):B相电流通道的输入、正负模拟输入引脚。全差分输入模式，正常工作的最大信号电平为1.5V两个引脚都有ESD保护电路，最大耐受电压为6V；Agnd (8，15):电源，模拟电路的接地参考点(即ADC和参考电源)。此引脚应连接到PCB的模拟地；为了有效抑制噪声，模拟地和数字地之间应该只有一个连接。V5p/v5n (9，10):C相电流通道的输入、正负模拟输入引脚。全差分输入模式，正常工作的最大信号电平为1.5V两个引脚都有E

41、SD保护电路，最大耐受电压为6V；Out (11):输出，基准电压输出，用作外部信号的DC偏置，偏置电压约为2.45VAVCC(12):电源，此引脚提供ATT7026模拟电路的电源，正常工作电源电压应保持在5V5%；为了将电源的纹波和噪声降至最低，此引脚应通过一个10F钽电容与一个100nF陶瓷电容并联去耦。V2/V2N (13，14):A相电压通道的输入、正负模拟输入引脚。全差分输入模式，正常工作的最大信号电平为1.5V两个引脚都有ESD保护电路，最大耐受电压为6V；V4p/V4N (16，17):B相电压通道的输入、正负模拟输入引脚。全差分输入模式，正常工作的最大信号电平为1.5V，两个引

42、脚部分设有ESD保护电路；AVCC (18):电源。此引脚提供ATT7026模拟电路的电源，正常工作电源电压应保持在5V5%。为了将电源的纹波和噪声降至最低，此引脚应通过与0.1uf电容并联的10uf电容去耦。V6P/V6N (19，20):C相电压通道的输入、正负模拟输入引脚。全差分输入模式，正常工作的最大信号电平为1.5V，两个引脚部分设有ESD保护电路；S0/S1 (21，22):输入，这两个逻辑输入用于选择输出频率的系数。器件中有一个300K的上拉电阻；GND(23):电源，数字接地引脚；测试(24)输入，测试引脚，正常应用接地。器件中有一个300K的上拉电阻；SCF(25):输入，该

43、逻辑输入用于选择输出频率的系数，与S0/S1一起使用，带300K上拉电阻；SEL(26):输入，接高电平时选择三相四线制，接地电平时选择三相三线制。器件中有一个300K的上拉电阻；CF1(27):输出，有功频率检定的输出，其频率反映组合相的平均有功功率，常用于仪表有功功率检定，也可用于电能计量；CF2(28):输出，无功功率频率检查的输出，其频率反映组合相的平均无功功率。常用于校验仪表的无功功率，也可用于电能计量；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。直接驱动机电式仪表；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。直接驱动机电

44、式仪表；VDD (33):电源，核电源输出3.0V，外接10uf电容并联一个0.1uf电容去耦；VCC (34，41):电源，数字电源引脚，正常工作电源电压应保持在5V5%，此引脚用一个10uf电容与一个0.1uf电容并联去耦；CS (35):输入，SPI片选信号，低电平有效，200K电阻上拉；SCLK (36):输入，SPI串行时钟输入(Schmidt)，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，核电源输出3.0V，外接10uf电容并联一个0.1uf电容去耦；REVP(40):输出，当检测到

45、组合有功功率为负时，表示电流电压连接方向相反，输出高电平；当检测到合闸功率再次为正时，表示正常，该引脚的输出将再次复位为低电平。据此可以判断是否接线错误；OSCI(42):输入，系统晶振输入，或外部灌溉系统的时钟输入；OSCO(43):输出，晶体振荡器的输出端；GND (44):电源，数字接地引脚。框图介绍ATT7026的结构大致可以分为三部分:第一部分是模数转换。芯片通过六个通道采集的电压、电流的模拟量在我部的AD转换器中进行转换，输出芯片可以进行相关运算的数字量。第二部分是数字处理，这是ATT7026的核心。该模块负责计算传输的数字量的有效值，从而得到其有功功率、无功功率和功率因数。第三部

46、分主要是输出，即通过SPI接口连接到单片机，传输数据。框图如图2-2所示:图2-2 att 7026的框图应用程序图如图2-3所示，ATT7026外部硬件电路主要包括电源、电压电流模拟输入、脉冲输出和SPI通信接口等。每个ADC的交流输入由VxP和VxN输入，要求VxP和VxN叠加2.4V左右的DC偏置电压，VxP和VxN输入电路中1.2K的电阻和0.01uF的电容构成抗混叠滤波器，其结构和参数应对称。由于ATT7026在测量部分采用数字滤波结构，为了保证测量精度，建议选用24.576MHZ的晶振，检查晶振是否正常，频率和幅度是否符合要求。ATT7026和MCU一般有六个连接，其中四个是SPI

47、端口线CS、SCLK、DIN和DOUT，一个复位控制线和一个握手信号SIG。图2-3 att 7026的应用原理图系统复位ATT7026提供两种复位模式:硬件复位和软件复位。硬件复位通过外部引脚复位完成，该引脚有一个300K的上拉电阻，因此在正常工作期间处于高电平。当RESET处于大于20us的低电平时，ATT7026将进入复位状态，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端口完成。当0 xD3命令写入SPI端口时，系统复位一次。复位后，ATT7026A开始从初始状态运行。当ATT7026复位时，SIG处于高电平。ATT7026复位到工作状态后，

48、大约500us后，SIG会从高电平变为低电平。此时，芯片将开始正常工作，然后才能写入校准表数据。一旦写入校准表数据，SIG将再次变为高电平。复位图如图2-4所示。图2-4 ATT7026系统复位相关值的测量电压增益赔偿电压有效价值测量电压数字相移过滤器数字相移过滤器无功功率测量速率电压有功功率功率增益赔偿优点测量速率视在功率计算数字相移过滤器视在功率功率因数计算当前有效价值测量电流增益赔偿功率增益赔偿相位整流表观电流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描述:(1)数字高通滤波器:主要用于去除电流和电压采样数据中的DC成分。(2)数字相移滤波器:主要完成90相移的电压信号的信号处

49、理。在保证信号幅频响应不衰减的前提下，可以对30hz 1500Hz的采样信号进行90相移处理。因此，无功功率测量的带宽限于1500Hz。(3)有功功率的测量:通过乘法、加法、数字滤波等一系列数字信号处理得到每相的有功功率。DC分量后的电流和电压信号。电流和电压采样数据包含多达21次的谐波信息。有功功率的测量原理图如图2-5所示。有功功率测量公式:(2-1)图2-6有功功率测量示意图(4)无功功率测量根据无功功率(正弦无功功率)，定义公式:(2-2)无功功率的算法与有功功率类似，只是电压信号移相90度后，测量带宽主要受限于数字移相滤波器的带宽。(5)测量视在功率、功率因数和相位角基于上述测得的有

50、功功率和无功功率，这些参数可以通过平方根、除法等运算得到。功率因数公式:(2-3)功率因数的符号由无功功率的符号决定。6)电压和电流有效值的测量通过平方、平方、数字滤波等一系列运算，得到电压采样值。当1000mv到10mv的信号输入到电压通道时，电压有效值的误差小于0.5%。有效电压值:图2-7电压有效值的测量原理它是通过对当前采样值进行平方、平方、数字滤波等一系列运算得到的。电流通道输入1000mv至2mv的信号时，电流有效值的误差一般小于0.5%。图2-8电流有效值的测量原理(7)能量计算能量可以通过对功率信号与时间进行积分来获得。单相有功电能:组合有功电能可根据设置以代数或绝对模式累计，

51、代数加模式Ept=Epa+Epb+Epc。如图2-9所示。图2-9有功功率的测量单相无功电能:(2-7)相无功电能分为两种方式:代数加法模式:Eqt=Eqa+Eqb+Eqc （2-7）Absolute value addition mode:Eqt=|Eqa|+|Eqb|+|Eqc| （2-8）As shown in the figure below:Figure 2-10 Reactive Power Measurementinterface moduleATT7026 inherits an SPI serial communication interface. The SPI of AT

52、T7026 works in a slave mode, using two control lines and two data lines: CS, SCLK, DIN and DOUT.CS: Chip selection, allowing access to the control line of serial port. When CS changes from high level to low level, SPI operation starts, and when CS changes from low level to high level, SPI operation

53、ends. Therefore, every time SPI is operated, CS must have a falling edge, and when CS has a rising edge, the SPI operation is finished.DIN: Serial data input, which is used to transmit users data to ATT7026.DOUT: serial data output, used to read data from ATT7026 register.SCLK: serial clock, which c

54、ontrols the transmission rate of data removal or serial port. The rising edge puts data, and the falling edge fetches data. On the falling edge of SCLK, the data on DIN is sampled into ATT7026, and on the rising edge of SCLK, the data of ATT7026 is placed on DOUT for output.Circuit design of transfo

55、rmerThe phase voltage of three-phase four-wire system is 220V, and the line voltage is 380V. As the input voltage of ATT7026 is 01V, it is necessary to use the voltage and current transformer circuit to reduce the working current and voltage, and then use it as the input of ATT7026.Voltage transform

56、erVoltage transformer is equivalent to a step-up transformer, which can play the role of step-down and isolation. In this design, SPT204B measuring voltage transformer produced by Iridium Technology is selected to build the voltage transformer circuit.SPT204B is a current-mode voltage transformer, a

57、nd its recommended state is 1mA:1mA. Technical features and related parameters:Electromagnetic isolation, high precision and no drift; MTBF 100,000 hours; Full resin sealing, high reliability; Working temperature-25 +75; Isolation withstand voltage AC2500V/1min；; 2 times overload; Input current 1mA

58、(external current limiting resistor); Shielding type, strong anti-interference ability; Output current 1mA；; The frequency is 20 50 khz, especially suitable for power frequency signal detection; Linearity 0.1%, strong impact resistance; Less than 5 points difference (after compensation); Compact and

59、 can be directly welded on the printed circuit board; Corresponding model SPT204B.The application circuit of voltage transformer is shown in Figure 2-11:R1 Ii IoSPT254BUi R2 UoFigure 2-11 Application Circuit of Voltage TransformerAs the phase voltage of the three-phase four-wire system is 220V, if R

60、1=220K is selected to make the primary current Ii be 1mA, the secondary side will also induce the same current Io=Ii=1mA. According to Uo=1mAR2, the required output voltage Uo can be obtained by selecting an appropriate output resistor R2. As the working voltage of ATT7026 is 01V, R2=100 can be sele