專利名稱：基于msp430單片機的三相電表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電能計量裝置，特別是一種基于MSP430單片機的三相電表。
背景技術(shù)：
隨著我國電網(wǎng)建設(shè)加快，三相機械電能表、三相機電一體化電能表已逐漸被三相 全電子式電能表所取代。較之以前，三相全電子式電能表(三相電表)的可靠性、穩(wěn)定度、 經(jīng)濟性都有了大幅度提高。目前三相電表的大多采用的是分立元件構(gòu)成的，即需要單片機、電能計量芯片、 LCD (Liquid Crystal Display)顯示驅(qū)動芯片、外接存儲器、RS485 (—種串行總線標(biāo)準(zhǔn))等 通訊接口芯片。該三相電表由單片機捕獲電能計量芯片脈沖，完成計數(shù)，并將相關(guān)電能數(shù)據(jù) 存儲到外接存儲器。除此之外，單片機還要控制LCD顯示驅(qū)動芯片來顯示電能數(shù)據(jù)及時間 信息；控制RS485等通訊接口芯片完成電表數(shù)據(jù)傳送功能。分立元件構(gòu)成的三相電表在功能上已能滿足三相電表可靠性及穩(wěn)定性的需求。但 由于使用到的元件相對較多，無疑增加了三相電表的生產(chǎn)成本，而且線路連接復(fù)雜，計量精 度較低。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于，提供一種基于MSP430單片機的三相電表。本實用新型不 僅能保證使用時的可靠性和穩(wěn)定性，而且具有生產(chǎn)成本低，線路連接簡單和計量精度較高 的特點。本實用新型的技術(shù)方案基于MSP430單片機的三相電表，其特征在于包括具有 電源電路模塊的MSP430單片機及與MSP430單片機連接的IXD顯示模塊、通訊接口模塊、存 儲模塊、按鍵輸入模塊，MSP430單片機內(nèi)的ADC連接有三相電壓采樣電路模塊和三相電流 采樣電路模塊。前述的基于MSP430單片機的三相電表中，所述的電源電路模塊，是三相阻容降壓 電路作為電源電路模塊或是三相阻容降壓電路和變壓器降壓電路共同組成電源電源電路 模塊。所述的三相電壓采樣電路模塊和三相電流采樣電路模塊與MSP430單片機的模擬 輸入端連接。前述的基于MSP430單片機的三相電表中，所述的通訊接口模塊包括紅外通訊接 口模塊、RS232串口通訊接口模塊和RF無線通訊接口模塊。前述的基于MSP430單片機的三相電表中，所述的MSP430單片機還設(shè)有LED脈沖 指示燈，LED脈沖指示燈包括分別指示A、B、C三相脈沖輸出的綠、黃、紅色LED燈。 前述的基于MSP430單片機的三相電表中，所述的MSP430單片機還設(shè)有有功、無功 脈沖輸出電路模塊。 前述的基于MSP430單片機的三相電表中，所述的存儲模塊，是電可擦寫可編程只讀存儲器，能保存電量數(shù)據(jù)和事件記錄信息。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型是一種基于MSP430單片機的三相電表，利用MSP430 單片機已將模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理、電能計量、LCD顯示驅(qū)動、硬件RTC時鐘和硬件USCI 通訊模塊集成于一體，使得外圍電路設(shè)計及線路連接簡單，生產(chǎn)成本降低，計量精度提高， 非常適合在民用電表中進行推廣。而且還具有極強的可重構(gòu)造性，即在不改變硬件電路的 前提下通過改變軟件來改進系統(tǒng)功能，從而解決每次不同功能要求的設(shè)計項目都需要對原 有的軟硬件做出相應(yīng)的調(diào)整的問題，給用戶和廠家都帶來了極大的方便。本實用新型在保 證了可靠性和穩(wěn)定性的同時，還大大提高了經(jīng)濟性，降低廠家的生產(chǎn)成本，加快我國電網(wǎng)建 設(shè)。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是三相電壓采樣電路模塊的示意圖；圖3是三相電流采樣電路模塊的示意圖。附圖中的標(biāo)記為1_MSP430單片機，2-IXD顯示模塊，3_存儲模塊，4_按鍵輸入模 塊，5-LED脈沖指示燈，6-RF無線通訊接口模塊，7-紅外通訊接口模塊，8-RS232串口通訊接 口模塊，9-電源電路模塊，10-三相電流采樣電路模塊，11-三相電壓采樣電路模塊，12-有 功、無功脈沖輸出電路模塊。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明，但并不作為對本實用新型 限制的依據(jù)。實施例?；贛SP430單片機的三相電表，構(gòu)成如圖1所示，其特征在于包括具有 電源電路模塊9的MSP430單片機1及與MSP430單片機1連接的IXD顯示模塊2、通訊接口 模塊、存儲模塊3、按鍵輸入模塊4，MSP430單片機1內(nèi)的ADC連接有三相電壓采樣電路模 塊11和三相電流采樣電路模塊10。所述的MSP430單片機1是德州儀器生產(chǎn)的MSP430F47197單片機，它具有以下特 性1、系統(tǒng)主頻高達16MHz，可以提供更高的采樣頻率和更快的運行速度；2、內(nèi)置相互獨立的7路16位二階Σ - Δ模式轉(zhuǎn)換器，可同時采樣三相電流、三相 電壓和中線的電流，實現(xiàn)電流不平衡的防竊電功能；3、具有4路USCI通訊模塊，支持UART、SPI、I2C等通訊接口，便于與外設(shè)的通訊和 功能的擴展，采用硬件串口通訊，可以減輕CPU的負(fù)荷，使其主要應(yīng)用于信號的處理和電能
量的管理；4、集成多達160段的IXD驅(qū)動器，滿足大部分的三相電表的應(yīng)用；5、內(nèi)置32位χ 32位的硬件乘法器，完成功率和電量的計算；6、具有自動識別閏年的硬件RTC模塊，結(jié)合內(nèi)部的溫度傳感器，可以校準(zhǔn)RTC ；7、包含120KB的Flash空間和4KB的RAM空間。所述的三相電壓采樣電路模塊11和三相電流采樣電路模塊10與MSP430單片機1的模擬輸入端連接。所述的三相電壓采樣電路模塊11如圖2所示，A相電壓線接至LINE VA端，經(jīng)過 電阻R38、R4UR44和R53進行降壓接到中性線，最后在電阻R53兩端產(chǎn)生一定壓差的交流 信號，經(jīng)過RC低通濾波器R50、C13和R47、C14，差模電容C41濾除大部分的干擾信號，最后 經(jīng)模擬輸入端輸入ADC的電壓轉(zhuǎn)換通道中。所述的三相電流采樣電路模塊10如圖3所示，外部信號通過電流互感器弓丨入到電 流采樣電路中，LSP7和LSP8接電流互感器的次級，D8和D9，DlO和D17分別對電流信號的 “ + ”、“-”端電壓進行鉗位，而D30則是對交流差分信號的電壓進行鉗位，磁珠Lll和L12是 濾除信號線上的高頻干擾。電阻RlO是電流互感器的負(fù)載電阻(電阻R7和R8是作為公共 端接地的負(fù)載電阻，這兩種負(fù)載電阻選其中一種方式即可)，即互感器次級線圈的電流流過 電阻R10，在電阻兩端產(chǎn)生一定的壓差，此差值就是輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號，電阻Rll和電 容C9以及R12和ClO構(gòu)成RC低通濾波器，分別濾除差分信號線上的高頻干擾。經(jīng)過前面 的處理，在電阻RlO上得到一個幅值一定的、干擾較少的交流信號，再經(jīng)過RC低通濾波器和 差模電容C11，可以濾除大部分的干擾，進入模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的模擬輸入端的是較干凈的 信號。所述的電源電路模塊9，是三相阻容降壓電路作為電源電路模塊或是三相阻容降 壓電路和變壓器降壓電路共同組成電源電源電路模塊。由于本實用新型在工作時的電流較 大，一路的三相阻容降壓電路不能提供足夠的電流供其正常工作，所以阻容降壓時需要三 路同時工作，或者增加變壓器降壓電路，作為一種可選的電源方案。根據(jù)實際使用的需要， 可以選擇三相阻容降壓的電源工作方式或者變壓器降壓和三相阻容降壓共同的電源工作 方式，通過對電源板上短接線的短接來選擇不同的工作模式。變壓器二次側(cè)電源輸出段設(shè) 置短接線，未短接時表示只由三相阻容降壓電路提供工作的電源；短接時表示除了三相阻 容降壓電路提供電源外，變壓器降壓電路也提供工作電源。所述的通訊接口模塊包括紅外通訊接口模塊7、連接電源電路模塊9的RS232串 口通訊接口模塊8和RF無線通訊接口模塊6 ；紅外通訊接口模塊7與MSP430單片機1的 USCI_A0連接，RS232串口通訊接口模塊8與MSP430單片機1的USCI_A1連接，RF無線通 訊接口模塊6與MSP430單片機1的USCI_B0連接；紅外通訊接口模塊7主要用于抄表訪 問、診斷訪問和設(shè)置訪問，RS232串口通訊接口模塊8主要用于校表，RF無線通訊接口模塊 主要實現(xiàn)遠程自動抄表功能。由于紅外通訊的載波頻率是38KHz，所以采用MSP430自帶的 TimerAO定時器產(chǎn)生38KHz的PWM波作為紅外通訊的載波頻率。所述的MSP430單片機1還設(shè)有LED脈沖指示燈5，LED脈沖指示燈包括分別指示 A、B、C三相脈沖輸出的綠、黃、紅色LED燈；所述的MSP430單片機1還設(shè)有有功、無功脈沖 輸出電路模塊12。所述的存儲模塊3，是電可擦寫可編程只讀存儲器，能保存電量數(shù)據(jù)和事件記錄信 肩、ο本實用新型具有正向有功電能、反向有功電能、四象限無功電能計量功能；具有分 時計量功能，可按相應(yīng)的時段分別累計、存儲各時段的有功電能、無功電能；具有分相計量 有功電能量功能；電表的參數(shù)可設(shè)置。本實用新型的IXD顯示模塊采用兩行、每行8位的段碼IXD顯示屏；具有自檢顯示功能，以檢查顯示筆段；顯示方式分為自動循顯和按鍵顯示兩種方式；根據(jù)需要編程設(shè)置 循環(huán)顯示的內(nèi)容，電能量顯示數(shù)為6位整數(shù)，2位小數(shù)。能顯示總的有功功率、無功功率、視 在功率；能顯示分相的有功功率、無功功率、視在功率、電壓、電流、頻率和功率因素；能顯 示當(dāng)前時間和日期。 本實用新型可實時測量A、B、C三相的電壓、電流有效值；實時測量A、B、C三相的 頻率和功率因數(shù)；實時測量A、B、C三相的有功功率、無功功率和視在功率；實時測量當(dāng)前的溫度。
權(quán)利要求1.基于MSP430單片機的三相電表，其特征在于包括具有電源電路模塊(9)的MSP430 單片機(1)及與MSP430單片機(1)連接的LCD顯示模塊O)、通訊接口模塊、存儲模塊(3)、 按鍵輸入模塊G)，MSP430單片機(1)內(nèi)的ADC連接有三相電壓采樣電路模塊(11)和三相 電流采樣電路模塊(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MSP430單片機的三相電表，其特征在于所述的電源電 路模塊(9)，是三相阻容降壓電路作為電源電路模塊或是三相阻容降壓電路和變壓器降壓 電路共同組成電源電源電路模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MSP430單片機的三相電表，其特征在于所述的三相電 壓采樣電路模塊(11)和三相電流采樣電路模塊(10)與MSP430單片機(1)的模擬輸入端 連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的基于MSP430單片機的三相電表，其特征在于所述的 MSP430單片機(1)還設(shè)有LED脈沖指示燈( ，LED脈沖指示燈包括分別指示A、B、C三相 脈沖輸出的綠、黃、紅色LED燈。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于MSP430單片機的三相電表，其特征在于所述的MSP430 單片機(1)還設(shè)有有功、無功脈沖輸出電路模塊(12)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于MSP430單片機的三相電表，其特征在于所述的存儲模 塊(3)，是電可擦寫可編程只讀存儲器，能保存電量數(shù)據(jù)和事件記錄信息。
專利摘要本實用新型公開了一種基于MSP430單片機的三相電表，其特征在于包括具有電源電路模塊(9)的MSP430單片機(1)及與MSP430單片機(1)連接的LCD顯示模塊(2)、通訊接口模塊、存儲模塊(3)、按鍵輸入模塊(4)，MSP430單片機(1)內(nèi)的ADC連接有三相電壓采樣電路模塊(11)和三相電流采樣電路模塊(10)。本實用新型不僅能保證使用時的可靠性和穩(wěn)定性，而且具有生產(chǎn)成本低，線路連接簡單和計量精度較高的特點。
文檔編號G01R21/06GK201909811SQ20102069457
公開日2011年7月27日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者張其華, 趙振東, 陳磊 申請人:利爾達科技有限公司