段雙明

摘 要：基于電量采集芯片ATT7022E，設(shè)計(jì)一款高精度電能計(jì)量裝置，該裝置采用意法半導(dǎo)體STM32F103為控制器，完成對(duì)ATT7022E的控制。通過(guò)讀取ATT7022E的測(cè)量值，完成三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)和諧波等參數(shù)的測(cè)量。主要完成測(cè)量裝置的軟件設(shè)計(jì)，包括ATT7022E的初始化，與ATT7022E之間通信和RS485通信等。

關(guān)鍵詞：STM32F103；ATT7022E；液晶顯示；RS485通信

1 概述

電力工業(yè)的發(fā)展和人們生活生產(chǎn)用電量的增加，使得電能計(jì)量裝置得到快速發(fā)展。傳統(tǒng)的機(jī)械是電表只能滿足電能計(jì)量功能，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表和電能質(zhì)量分析等功能。為了滿足智能用電需求，電能計(jì)量芯片得到發(fā)展并快速應(yīng)用于電能測(cè)量和管理。這些電能計(jì)量芯片可以完成單相或者三相電的電量測(cè)量和電能質(zhì)量分析，測(cè)量精度完全滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。本文在由STM32F103和ATT7022E組成的電能測(cè)量裝置硬件平臺(tái)上，編寫軟件程序，完成三相電的電流、電壓、功率、功率因數(shù)和電能質(zhì)量的測(cè)量。

2 整體設(shè)計(jì)

電能計(jì)量?jī)x軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，將各功能模塊用子程序?qū)崿F(xiàn)。圖1所示為電能計(jì)量?jī)x軟件結(jié)構(gòu)框圖，由時(shí)間管理程序、通信程序、計(jì)量管理程序和顯示程序組成。時(shí)間管理程序?qū)崿F(xiàn)軟件定時(shí)功能，為各個(gè)操作提供統(tǒng)一時(shí)標(biāo)，由定時(shí)器實(shí)現(xiàn)時(shí)間管理功能。通信程序包含RS485通信和CAN通信兩個(gè)子程序，采用STM32F103內(nèi)部集成的串口通信和CAN通信模塊，完成電能計(jì)量?jī)x和上位機(jī)通信的功能以及電能計(jì)量?jī)x和其他裝置通信的功能。

圖1 高精度三相電能計(jì)量?jī)x總體框架

3 軟件實(shí)現(xiàn)

針對(duì)電能計(jì)量?jī)x的功能，本部分主要介紹STM32F103初始化程序、定時(shí)器程序、STM32F103和ATT7022E接口程序以及通信程序設(shè)計(jì)。

3.1 TIM2定時(shí)程序設(shè)計(jì)

設(shè)置STM32F103通用定時(shí)器Time2工作在定時(shí)器模式，計(jì)數(shù)方式為從低至高，數(shù)據(jù)載入方式為16位自動(dòng)重裝載，使能定時(shí)器溢出中斷，20ms中斷一次。系統(tǒng)時(shí)鐘為100MHz，則定時(shí)器一個(gè)計(jì)數(shù)的時(shí)間為10ns，16位定時(shí)器可以記錄最大時(shí)間為0.65536ms，記錄時(shí)間較短，必須將計(jì)數(shù)時(shí)鐘分頻。將計(jì)數(shù)時(shí)鐘32分頻，這樣一個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)間為320ns。

3.2 ATT7022E接口程序設(shè)計(jì)

STM32F103通過(guò)SPI接口控制ATT7022E工作。設(shè)置STM32F103的SPI工作為主SPI，產(chǎn)生同步信號(hào)。SPI時(shí)鐘由STM32F103外設(shè)產(chǎn)生，設(shè)置通用輸入輸出引腳工作在SPI模式，使能SPI功能，使能SPI接收中斷。STM32F103發(fā)送命令初始化ATT7022E，ATT7022E完成芯片初始化功能，開始數(shù)據(jù)采集和計(jì)算。STM32F103發(fā)送讀取命令，ATT7022E將電壓、電流、頻率、相位和功率等信息發(fā)送到STM32F103。

3.3 通信程序設(shè)計(jì)

設(shè)置串口1和串口2的波特率均為9600，無(wú)奇偶校驗(yàn)功能，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，串口1用于RS232通信，完成本地調(diào)試功能，串口2用于RS485通信，使能串口1和串口2的發(fā)送和接收中斷。設(shè)置B0為通用輸出端口，控制RS485通信的使能引腳。初始化CAN寄存器，設(shè)置CAN地址，采用擴(kuò)展幀模式，設(shè)置過(guò)濾標(biāo)識(shí)符，使能過(guò)濾功能，使能FIFO功能，使能CAN發(fā)送中斷，CAN接收寄存器設(shè)置，使能CAN接收中斷。

4 結(jié) 論

本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了，對(duì)電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電能質(zhì)量的采集與顯示。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)和誤差分析，發(fā)現(xiàn)大部分參數(shù)誤差都在1.0%以下，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。所設(shè)計(jì)的計(jì)量?jī)x具有可靠性高、體積小、操作簡(jiǎn)單方便、人機(jī)界面友好的優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李?，|.智能電表簡(jiǎn)介[J].新技術(shù)新產(chǎn)品，2010.3.

[2]鉅泉光電科技（上海）股份有限公司.ATT7022E/26E/28E 用戶手冊(cè)（P73-13-45），2012.

[3]意法半導(dǎo)體（中國(guó)）投資有限公司.STM32F10xxx參考手冊(cè)_V10_CN[M].2010.1.10第10版.

[4]Jai P.Agrawal .Power Electronic Systems： Theory and Design， Tsinghua University Press& Prentice-Hall， 2001.

[5]STMicroelectronics group of companies. STM32F101xC STM32F101xD[M].30-Mar-2009.

[6]喻金錢，喻斌.STM32F系列ARM Cortex-M3核微控制器開發(fā)與應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，2011.4.1.