基于ARM多用户智能电能表设计

电流和电压传感器均由互感器组成，经电阻取样后全部转换为电压信号输出。为防止因传感器损坏造成后级电路故障，对传感器信号进行了保护处理。32路电流取样信号分为3组，分别对应三相电的A相，B相，和C相，而三相电压取样信号则与三级电流取样信号对应，由数据选择器进行分时选通，以保证任一采样时刻可以同时选通三相电流取样信号和对应的电压取样信号。从传感器输出的信号一般都比较微弱，不适合进行数据采集，采用运算放大器进行放大，同时，为了防止其他干扰，还要进行滤波处理。从这一级输出的信号达到了信号处理的要求，就进行A／D转换。
3．1．3 数据采集电路
数据采集由AD8364完成，AD$8364是美国TI公司生产的高速、低能耗、6通道同步采样转换、单+5 V供电、16位高速并行接口的高性能模／数转换器(ADC)芯片，芯片带2．5 V基准电压源，可用作ADS8364的参考电压。每片ADS8364由3个转换速率为250 kb／s(当外部时钟为5 MIIz)的ADC构成，每个ADC有2个模拟输入通道，每个通道都有采样保持器，3个ADC组成2对模拟输人端，可同时对其中的1～2对输入信号同时采样保持，然后逐个转换。由于6个通道可同时采样，系统中由电流和电压采样得到的6组模拟量同时进行采集。3个用于采集电流量，另3个用于采集电压量。
3．1．4 485接口电路
在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS 485串行总线标准。RS 485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200 mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS 485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此发送电路须由使能信号加以控制。RS 485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS 485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。
3．2 显示板
显示板OLED显示友好界面，全面显示用户信息，采用485与主控板交换数据。该系统的液晶显示器为10．4英寸，分辨率为640×480，26万色。驱动采用FPGA内设计液晶控制电路。该系统采用Avalon LCDController的显示控制IP模块，可以非常方便地将其移植到Altera公司的CYCLON0805电感E系列FPGA中，占用6 000个左右的LE，能实现非常丰富的功能。
3．3 通信板
通信板完成CAN到232的协议转换，能正确解释指令和数据，并具有差错和纠错功能。通信板应包括如下通信功能模块，即CAN到232的转换模块、以太网接口模块、串行接口模块、并行接口模块。
3．4 继电器控制板
继电器完成断电和供电控制。
3．5 电源板
由于整个屏幕显示器的工作功耗为50 W左右，故需要采用效率较高的开关电共模电感器源。该电源设计方案的效率达到87％。电源板原理框图见图4，它由38～180 V直流输入、输入滤波器、AC／DC变换、过流过压保护、输出滤波器、后级稳压电路组成。
输入滤波器电路见图5。输入电路中串入一个继电器，可以实现与监控装置同步开关机。V19为防雷击二极管；V2为一个整流桥，当输入的电源线正负接反时，该电源能正常工作。

4 软件设计
软件系统由操作系统、底层驱动以及应用软件组成。
操作系统采用Microc／OS-Ⅱ嵌入式实时多任务操作系统。Microc／OS-Ⅱ嵌入式实时多任务操作系统是一个基于抢占式的实时多任务内核，可固化、可剪裁，具有高稳定性和可靠性。除此以外，Microc／OS-Ⅱ的鲜明特点就是源码公开，便于移植和维护。底层驱动程序主要包括FPGA硬件部分，如显示驱动、A／D转换驱动、数字I／O驱动、串口通信驱动、485总线驱一体成型电感器动、422总线驱动、CAN总线驱动、USB电路驱动、以太网接口驱动、Ic卡接口驱动、语音输出驱动、SDRAM接口驱动、FLASH接口驱动等。

大电流电感

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