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基于瑞萨单片机的单相费控智能电能表设计

更新时间：2019-12-09 09:20:11 大小：774K 上传用户：梦留香查看TA发布的资源 标签：单片机智能电能 下载积分：2分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

摘 要：本设计是一款以电能计量为目的的电子产品，其MCU采用瑞萨的R7F0C004M2DFB，
芯片内置高精度独立RTC实现产品宽工作温度范围内时钟； 计量芯片采用锐能微生产的高精度单
相计量芯片RN8209C以实现高精度计量；本电能表主要用于普通用户的电能计量、用电量查看、用
电指示、费率切换、费控功能等。
随着经济发展、科技进步与智能电网的建设[1-2]，
社会对电力能源的需求急剧增加，为了从全局把握，
提高用电效率，必须要实现电能的精准计量，因此用
户与电力公司需求一款能够实现信息化智能化的
电表，智能电表取代传统机械电能表，应运而生。智能
电能表以微控制器为核心，实现电能计量、费控等功
能，其功能与性能相比机械表有了很大的提高[3]，而
且具有十分巨大的市场前景，这个市场规模每年有50
亿左右[4]

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２０17  
2
期
中 国 · 包 头  
年 第  
职 大 学 报  
基于瑞萨单片机的ꢀ相费控智能电能表设计  
杨晓燕 徐广振  
ꢀ61031  
（潍坊职业学院， 山东省 潍坊市  
）
摘
要：本设计是一款以电能计量为目的的电子产品，其  
采用瑞萨的  
，
R7F0C004MꢀDFB  
MCU  
芯片内置高精度独立  
实现产品宽工作温度范围内时钟； 计量芯片采用锐能微生产的高精度单  
RTC  
相计量芯片  
以实现高精度计量；本电能表主要用于普通用户的电能计量、用电量查看、用  
RN8ꢀ09C  
电指示、费率切换、费控功能等。  
关键词：单相；智能电能表；  
RN8ꢀ09C  
；通信  
中图分类号：  
TH7ꢁ5  
文献标识码  
文章编号： — （ ） ꢀ —  
ꢂ67ꢂ ꢂ44ꢃ ꢀ017 0ꢀ 0085 04  
:B  
[ꢂ-ꢀ]  
随着经济发展、科技进步与智能电网的建设  
，
ꢄꢅꢁ负荷开关控制ꢄꢅꢁ通信接口  
接口ꢁ红外接  
(485  
社会对电力能源的需求急剧增加，为了从全局把握，  
提高用电效率，必须要实现电能的精准计量，因此用  
户与电力公司需求一款能够实现信息化智能ꢀ的  
电表，智能电表取代传统机械电能表，应运而生。智能  
电能表以微控制器为核心，实现电能计量、费控等功  
口等 ꢁ显示ꢄꢅ组成ꢀꢃ设计ꢂ功能框图如图 所示ꢀ  
) ꢁ  
[3]  
能，其ꢁ能与性能相比机械表有了很大ꢂ提高 ，而  
且具有十分巨大ꢂ市场前景，这个市场规模每年有  
5ꢃ  
[4]  
亿左右 ꢀ  
本设计是一款以电能计量为目ꢂꢂ电子产品，其  
采用瑞萨ꢂ ，芯片内置高精度  
R7FꢃCꢃꢃ4MꢀDFB  
实现产品宽工作温度范围内时钟；计量芯片  
MCU  
图
单相远程费控电能表功能框图  
1
独立  
RTC  
采用锐能微生产ꢂ高精度单相计量芯片  
以
微ꢆ理器ꢇ用  
ꢂ
Renesas R7FꢃCꢃꢃ4MꢀDFB 8  
， 位  
RN8ꢀꢃ9C  
实现高精度计量；本电能表主要用于普通用户ꢂ电能  
计量ꢁ用电量查看ꢁ用电指示ꢁ费率切换ꢁ费控ꢁ能等ꢀ  
机，  
封装， 带有乘法器ꢁ  
ꢁ
1ꢀ8K FLASH 8K  
LFQFP8ꢃ  
ꢁ ꢈ  
RAM 4 UART 8  
ꢁ 通道  
位
ꢂ6 TIMER ꢂ  
ꢁ ꢈ看门狗定时  
硬件电路设ꢁ  
总体方案设计  
ꢂ
器ꢁ ꢈ高精度  
ꢂ
定时器ꢁ ꢈ 位间隔定时器ꢁ 通  
ꢂ ꢂꢀ 4  
1
RTC  
道ꢂ8位或ꢂꢃ位A/D转换器，ꢀ路7816协议口，内置LCD  
1.  
ꢃ设计由电能计量部分ꢁ微处理器部分ꢁ电源  
驱动ꢀꢉ作范围 ꢀ微ꢆ理器主要完成信号采  
1.6V-5.5V  
集ꢁ通讯ꢁ控制ꢁ液晶显示驱动等功能ꢀꢃ系统显示采  
部分ꢁ回路检测电路部分ꢁ 安全芯片部分ꢁ存储  
ESAM  
—1ꢀ—15  
收稿日期：２０１6  
杨晓燕（1985—），女，山东潍坊人，潍坊职业学院教师，研究方向：单片机应用开发。  
徐广振（1983—），男，山东临沂人，潍坊职业学院讲师，研究方向：智能控制工程。  
作者简介：  
85  
万方数据  
用
8-COM  
液晶显示屏。  
，该芯片提供 路  
3
，完ꢉ满足单相  
∑ꢂ△ADC  
RN8209C  
安全认证芯片采用南瑞集团生产的电  
电压、 路电流测量的要求；芯片有功电ꢄ误差在  
8000:  
， 满足电ꢄ表ꢂ计精度要求；芯  
ESAM  
2
能表专用芯ꢀ  
，该芯ꢀ硬件集成有国密  
动态范围内  
SGC1118B  
ꢁ
＜0ꢀꢁ%  
算法  
单元、硬件随机数发生器、电压和频率检  
片提供一路电压和两路电流有效值测量，在  
动
SM1  
测等多种安全性保护机制，可有效保证传输数据的  
机密性和完整性。  
电源部分设计  
1ꢃꢃꢃ:ꢁ  
态范围内有效值误差  
，满足电ꢄ表ꢇ值误差要  
＜ꢃ.ꢁ%  
求；芯片潜动阈值ꢁ调，满足电ꢄ表长时间潜动要求；  
芯片提供反向功率指ꢇ、电压通道频率测量、电压通  
道过零检测等。  
1. 2  
电源是电能表工作的动力，只有稳定ꢁ靠的电  
源，才能保障电能表不间断正常工作，所以电源ꢂ  
计ꢃ电ꢄ表ꢂ计的关键部件。本ꢂ计电源部分直接  
引自被测量的电网，经过流过压保护电路后，由线  
性变压ꢅ得到不同电压的交流电，再经一系列整  
流、滤波、稳压后供给各个模块使用。为了保证电ꢄ  
表各个功ꢄ模块之间相互独立性，电ꢄ表工作电源  
设计成三个独立电源模块，分别对控制部分、计量  
考虑成本及复杂性等原因，在满足电ꢄ表采样  
精度的前提下，电压采样采用电阻分压的 方式在  
端口得到一对差分方式的模拟  
的
和
RN82ꢃ9C V3P V3N  
信号；火线电流采样采用锰铜分流ꢅ将电流信号转换  
为电压信号，接到 端口得到一  
的
和
RN82ꢃ9C VꢁP VꢁN  
对差分ꢀ式的模拟信号。ꢁ线电流采样ꢅ件选用电流  
互感ꢅ接入ꢀ式，如图 ꢆꢇ。  
3
部分、  
485  
通信部分进行供电。系统电源功ꢄ模块框  
的脉冲输出部分有 、  
PF QF  
两种， 为用  
QF  
RN82ꢃ9C  
图如图 ꢆꢇ。  
2
户自定义校验脉冲输出， 为有功电ꢄ校验脉冲输  
PF  
为确保电ꢄ表在交流电掉电后，电ꢄ表的控制  
出，两种都为高电平输出。本设计选择 口输出作为  
PF  
部分ꢄ维持  
正常工作、唤醒ꢈꢇ、  
MCU  
读写某  
电ꢄ表的电ꢄ累加和校表之用。 脉冲经一个光耦隔  
PF  
RTC  
些数据等功ꢄ，为控制部分设计了后备电源，采用  
离输入单片机并点亮指ꢇ灯，经另一个光耦隔离后输  
出到电ꢄ表有功脉冲校验端子，如图 ꢆꢇ。  
4
锂亚硫酰氯电池供电。电ꢄ表掉电检测  
电
3.6V  
VDD  
压低于程序设定的阈值（  
3ꢀ93V  
）时产生中断，单片  
与电ꢄ表  
通信使用  
接口，  
UART  
RN82ꢃ9C  
MCU  
机进行掉电处理后进入  
模式。  
通讯速率为  
48ꢃꢃbps  
，电路原理图如图 ꢆꢇ  
5
Wait  
T
图
电源功能模块框图  
2
计量部分设计  
计量是电ꢄ表的基本功ꢄ，本设计采用主控  
加专用计量芯片的模式。ꢁ以分时计量正反向  
ꢁꢀ 3  
图
计量原理图  
3
MCU  
有功总电ꢄ及 费率电ꢄ，并ꢄ计算组合有功电ꢄ。  
4
在各种负载与电源质量较差时，计量部分ꢄ精确计  
量电量。  
计量芯ꢀ选用深圳市锐ꢄ微科技有限公司的  
图
脉冲原理图  
4
86  
万方数据  

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