基于ADE7758芯片的GPRS网络电能表的设计

基于ADE7758芯片的GPRS网络电能表的设计 基于ADE7758芯片的GPRS网络电能表的 设计 传感器与仪器仪表中文核心期刊《微计算机信息》(测控自动化)2007年第23卷第1—1期 文章编号:1008—0570(2007)01—1—0166-02 基于ADE7758芯片的GPRS网络电能表的设计 DesignofGPRSnetwokWatt-hourMeterBasedonADE7758 (1.首都师范大学;2.北京福星晓程电子科技股份有限公司;3.北京交通大学)黄聚永袁慧梅张志忠 HUANGJUYONGYUANHUIMEIZHANGZHIZHONGLIU 刘建芳, JIANFANG 摘要:本文介绍了ADE7758电能计量芯片在非洲GPRS网络电能表中的应用,重点阐述了视在电能计量及其校准方法, ADE7758数字软校表 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 及其算法.以及ADE7758的相位校准算法. 关键词:视在电能校准;数字软校表;算法;相位校准; 中图分类号:TPgl1.4文献标识码:A Abstract:ThispaperintroducestheapplicationofenergymeterICADE7758inAfricaGPRS networkwatt—hourmemr.Thefocal pointliesinexpliainingtheapparentpowercalibrationandcalculation,theflowofADE7758 digitalcalibrationandarithmetic,the arithmeticofADE7758phasecalibration. Keywords:Apparentpowercalibration,Digitalsoftcalibration,Arithmatic,Phasecalibrati on. 1引言2ADE7758外围硬件电路设计 目前国内GPRS网络电能表大多具有计量有功.无功,电 压,电流.需量,电压跌落等功能.笔者目前在做一个非洲的 GPRS电能表时客户提出要计量视在电能,国内很少有这种 需求.在市场上也很少能见到有此功能的电能表.经多方考 察,笔者决定采用美国ADI公司的ADE7758三相多功能电能 计量芯片.ADE7758是美国ADI公司推出的三相高精度多功 能电能计量芯片.ADE7758的电压通道为16bit?一?型ADC, 动态范围为20:1;电流通道为24bit?一?型ADC,动态范围为 500:1.ADE7758能计量有功电能,无功电能,视在电能,电压有 效值,电流有效值,能对波形采样,能测量电压周期,频率等. ADE7758在1000:1的动态范围内线性误差小于0.1%. ADE7758有两路脉冲输出,一路为有功电能脉冲,另一路为无 功/视在复用脉冲输出.ADE7758的有功,无功,视在电能可以 分别独立调节,可以设计成不同的脉冲常数. 图1ADE7758电路图 黄聚永:硕士研究生 基金资助:北京市科技新星基金项目(批准号20o6B58) ADE7758的电压电流通道输入信号范围为?0.5V.推荐加 额定电压Un时电压通道输入信号为250mV左右,加最大电流 Imax时电流通道输入信号为300mV左右.笔者此次设计的电 表额定电压Un=240V,电压通道用5个200Kf/电阻和一个 1Kf/电阻分压.加额定电压Un时输入信号为240mV;电流互 感器变比300:1,取样电阻为2个7.5f/电阻,加最大电流Imax 时输入信号为300mY.图1为ADE7758的外围电路图. 3视在电能计量 视在电能的的计量方法有两种:?算术方法:S=VRMS~ . ,_—i——— IRMS.?矢量方法:s=V+Q.对于一个纯正弦系统两种方法 计量结果是相同的.在ADE7758中用的是算术方法.ADE7758 在LINECYCLE累计模式下计量的有功/无功在同一周期,因此 矢量方法很容易在外部MCU中实现.本次用ADE7758做电能 计量时,有功电能计量是通过MCU采集ADE7758的有功脉冲 输出管脚APCF,然后MCU累加脉冲数;无功电能计量是通过 设定ADE7758让无功/视在复用脉冲输出无功脉冲信号,计量 方法同有功电能计量一样因为ADE7758只能输出两路脉冲 信号,而无功/视在复用脉冲输出设定为无功脉冲输出,所以视 在电能计量就无法采用累计脉冲的方法了'.本次设计中综合考 虑MCU的任务及程序代码空间的限制,我们决定采用 ADE7758的算术方法计量视在电能.注意视在电能总是正的, 不考虑有功和无功的方向.电压有效值和电流有效值相乘产生 视在电能. 4ADE7758的校准流程 ADE7758的校准有两种方法可供选择: ?利用ADE7758的校表脉冲输出APCF/VARCF通过校表 台来校准ADE7758,这种方式最为常用,生产厂家也都具备这 些条件.但这种方式的缺点就是效率较低. 一 166—360元,年邮局订阅号:82—946 传感器与仪器仪表 ?利用精密基准源,设置ADE7758工作在线路周期累计 模式.这种模式的优点是效率高,校准比较快. 因为ADE7758的电压增益,电流增益都会对后续的有功/ 无功,视在能量有影响,所以ADE7758必须先校准电压增益,电 流增益,ADE7758的校准要校准三相电压增益,三相电流增益. 三相有功增益,三相无功增益,三相相位校准,视在电能门槛的 校准.ADE7758的校准流程必须严格按图2所示流程进行: 图2ADE7758校表流程图 5校准ADE7758的算法 5.1电压电流一键校准 通过调整电压电流的增益町以弥补由于外围硬件电路的 误差而导致计算的电压电流误差偏大. 因为ADE7758电压电流通道的线性很好.很容易满足系 统对电压电流精度的要求,所以我们采用了一键校准的方法. 以提高校表效率.具体实现方法如下: (1)加入A相VN=240V,电流Ib=1.5A,PH:1,设定好校 表台; (2)用PDA清零电压增益器AVRMSGAIN,电流增益寄存 器IGAIN; (3)用PDA读取存器电压有效值AVRMS; (4)PDA根据公式:AVRMSGAIN:(一1)×4096,求 出电压增益写入ADE7758: (5)用PDA读取电流有效值AIRMS; (6)PDA根据公式:AIGAIN:(一1)×4096,求出电 流增益写入ADE7758 5.2逐步校准有功,无功电能 为了控制电表的误差在规定的范围内以达到国标规定 的电能表精度等级要求,我们希望能够逐步逼近的减小电表的 误差,但是ADE7758应用手册提供的方法都是一步校准的,无 法逐步逼近,这对电表的复校很不好.如果电表的复校误差不 满足要求就不能在原来的基础上修改以逐步逼近,为了能够实 现逐步逼近的减小误差我们采用了如下方法: (1)加入A相VN=220V,电流Ib=1.5A,PH=1,设定好校表台; (2)用PDA通过红外读取有功增益寄存器初始值AWG0 的数值: (3)把校表台显示的误差ER%值输入PDA; (4)PDA根据公式:AWG=AWGO+(1+丽1I_一1)×4096,求出 有功增益AWG的值,写入ADE7758. (5)改变电流,验证各点误差.(可控误差范围为:一33%< Er%<+100%,当误差超过范围时要调整外围硬件电路来解决.) 每次修改ADE7758的增益都是在原来的基础上根据现在 的误差进行计算的,所以能逐步逼近来减小误差.BC相的校准 同A相,无功的校准同有功校准类似,此处不再复述. 5.3校准视在电能 相对与校准有功,无功电能来说校准视在电能较复杂.因为 有功,无功电能可以通过有功,无功脉冲输出APCF/VARCF通过 校表台显示的误差进行校准.但是因为ADE7758的无功,视在 管脚是复用的. 此次设计选择输出的是无功脉冲输出,因此视在电能的校 准就不能通过校表台的方法校准了.ADE7758提供了一种计量 模式:线路周期累计模式,这种模式是通过设定ADE7758使其 累计整数个半波的能量,设定的半波数到时,ADE7758的状态 寄存器相应的中断标志位就会置为1.如果中断屏蔽寄存器允 许此中断,IRQ管脚就会有一个由高到低的跳变 通知 关于发布提成方案的通知关于xx通知关于成立公司筹建组的通知关于红头文件的使用公开通知关于计发全勤奖的通知 MCU半 波周期已到,能量寄存器数据完成更新.在此次开发非洲网络 电能表时,我们设定LINCYC=100,这样对50HZ的工频电网来 说就是100个半波,也就是50个周期,即1秒的电量,设定了 LCYCMODE--0C,即LVA=I使ADE7758视在电能计量以线路 周期累计模式. 校准视在电能时加精密基准源:设置ADE7758工作在线 路周期累计模式,校合相视在门槛S_GATE,存储在EEPOM 中.具体实现方法: (1)加入ABC相额定电压VN,ABC相额定电流Ib,PH=I, 设定好校表台; (2)PDA读取A,B,C相视在电能AVAHR(07H),BVAHR (08H),CVAHR(09H); (3)PDA根据公式:S_GATE=(AVAHR+BVAHR+CVAH~X ,求出0.01KVAH的当量数值发给MCU; ll (4)MCU根据PDA发送的0.01KVAH的当量数值计算视在 电能. 5.4逐步校准相位 当ADE7758采用ADI公司提供的典型电路设计1级电表 时相位一般不用校准即可满足精度等级要求,但当用ADE7758 设计0.5S或更高精度等级的电表时必须校准相位否则不满足 误差要求.笔者用ADI公司提供的校准公式时发现并不能很好 的校准电表.笔者所看到的关于ADE778校准相位的公式有多 个.但验证没有一个是正确的.经笔者仔细研究ADE7758的资 料发现有误.最终笔者自己推导出正确的公式.经实际运行效 果很好,推导过程不再复述,具体校准过程如下(以A相为例): (1)加入A相VN=220V,电流Ib=1.5A,PH=0.5.设定好 校表台: (2)用PDA读相位寄存器APHCAL0的数值; (3)把校表台误差值输入PDA(注意根据误差的正负选择 公式); (4)PDA根据误差值根据公式:转第227页) @嗣邮局订82_946360.,L/-~-167— 移动计算 而且会引起图像模糊;频域掩盖不适用于P帧B帧,且DC系数 波动大时效果较差.因此本文提出了一种自适应差错掩藏策略, 在不同状况下自动选择一种较佳的掩藏策略.其实现如图所示: 图3自适应差错掩藏策略 为了对比各种差错掩藏算法.对视频每一帧都进行随机位 置的一个丢包,其PSNR值如下图所示.从图中可见,自适应差 错算法在大多数情况下都比始终使用一种差错掩藏方法要好. 7 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 本文提出了一种适合于无线网络环境下视频传输的差错 控制方法.通过在传输域和应用层分别建立不同的差错控制方 法,实现了视频在无线网络环境下传输质量的提升. 本文作者创新点:提出并实现了一种基于丢包的流量自适 应算法,使得视频传输系统能根据可用带宽的变化自动调整发 送码率;在编码端实现了一种宏块重新排序的算法.使得连续 的丢包错误能分散到不同的位置上;在解码器端提出并实现了 一 种自适应的差错掩盖算法,_定程度上提升了图像观看效 果.本文对所提出的差错控制方法进行了仿真实验.实验结果 表明.在无线网络环境下,采用本文提出的差错控制方法能够 有效提升视频传输的质量. 参考文献: [1】吴昱军.多媒体实时传输 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 及在视频传输系统中应用『J】.微 计算机信息,2003,10. 『2】钟玉琢,流媒体和视频服务器,清华大学出版社,2003. 作者简介:黎俊伟,男,1980年生,复旦大学硕士研究生,主要研 究方向网络与数据通信;高传善,男,1942年生,教授,主要研究 方向为计算机网络与分布式系统. Biography:LiJunwei,male,bomin1980,graduatestudentofFudan University,majorincomputernetworkanddatacommunication. (20o433复旦大学)黎俊伟高传善 通讯地址:(200433上海复旦北区公寓武川路78弄4$楼101 室)黎俊伟 (收稿日期:2006.8.241(修稿日期:2006.9.22) C上接第167页) 删cAPHc一)× 删cAPHc一)× 求出相位校准APHCAL的值,写入ADE7758. 0<Er<+4% - 8%<Er<0 (5)改变电流,验证各点误差.(可控误差范围为:一8%<E <+4%,当误差超过范围时要调整外围硬件电路来解决.) 6结束语 本文的创新点是:通过对ADE7758寄存器的灵活配置使 其工作在LINCYC模式实现了视在电能校准,同时设计了逐步 逼近的校准方法进一步提高了计量精度.笔者根据手册自己推 导出了相位校准的公式,实践证明一般隋况下只需两步即可校 准相位.采用ADE7758圆满的完成了此次设计任务.本系统现 已在非洲现场运行,实践表明电能表运行稳定可靠,视在电能 电量计算精确.完全满足客户的要求,得到了用户的一致好评. 项目经济效益:利用ADE7758的设计的多功能电能表比 起其他电路单台可节省成本约5000元. 参考文献: 『1】国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 GBfI'17215/IEC61036((1级和2级静止式交流有功 电能表》 【2】邱关源电路【M】,北京:高等教育出版社,1989 [3]ADE7758DataSheet.PolyPhaseMuhffuncfionEnergyMetering ICwithperPhaseInformationANLOGDEVICE,2003 【4]侯丽华.基于电力载波的电能质量监测系统[J].微计算机信 息,2006,12-1:O120—03. 『51李玉凯.朱有产.那琼澜.基于GPRS的防窃电实时监控系统设 计[J].微计算机信息,2006,12—1:0131-03. 作者简Or:黄聚永(1979一),男,河北省鹿泉市人,硕士研究生, 研究方向:智能仪表,信号处理,计算机测控,传感器应用,E— maihhhjjyy2008@126.corn;张志忠(1970一),男,北京福星晓程电 子科技股份有限公司工学博士,硕士生导师,教授级高工,长 期从事电能表的研发工作;袁慧梅(1971一),女,首都师范大学 信息工程学院副教授,硕士生导师,研究方向:智能仪表;刘建 芳(1980一),男,北京交通大学电气工程学院硕士研究生,研究 方向:电力电子. Biography:HuangJuYong(1979一),male,NativePlace:TownLu Quan,ProvinceHeBei,MajorinIntelligentmeter,signalpro— oess,computermeasur~andcontrol,applicationofsensor,E-mail: hhjjyy2008@126.coln. (100037北京市首都师范大学信息工程学院)黄聚永袁慧梅 (100089北京福星晓程电子科技股份有限公司)张志忠 (1ooo44北京交通大学电气工程学院)刘建芳 ffluangJuYong,YuanHuiMei,Departmentofinformation engineering,CapitalNormalUniversity.Beijing,China, 100037)HnangJuYongYuanHIliMei (ZhangZhiZhong,BeijingFuxingxiaochengElectronicTech— nologyStockCo.~Ltd,Beijing,China,100089)ZhangZhi Zhong (LiuJianFang,BeijingJiaotongUniversity.Beijing,China, looo~)LiuJhmFang 通讯地址:(100037北京市首都师范大学信息工程学院)黄聚永 (收稿日期:2006.10.25)稿日期:2006.11.24) @嗣邮厨订.82-946360~.,/-q--227一