基于ATmega128的32路遙脈單元設計及應用

　　1 于宏業 2 任景瑞 3李海全

　　(1長春黃金設計院，吉林 長春 130012

　　3.江蘇安科瑞電器制造有限公司，江蘇　江陰　214405)

　　摘 要：介紹一款基于8位單片機ATmega128為主控芯片，具有接收32路脈沖信號輸入的ARTU-P32型遙脈單元設計原理，以及該產品主要技術指標與應用案例。

　　關鍵字：ATmega128芯片;遙脈單元;ARTU-P32型

　　0引言

　　隨著國家機關大樓、大型公共建筑能耗計量考核規范的推出，主要電氣干線加裝電能計量裝置已成為設計、審圖和竣工驗收的內容之一，有條件的省市還要建立能耗監測系統。

　　但已建樓宇主要電氣干線上一般安裝的往往是壁掛式機械電能表，不帶RS485通訊接口，拆除重裝智能表既造成浪費，又增加成本。本文介紹一款具有32路遙脈接點輸入的ARTU-P32，該裝置可接受32路有源或無源電能脈沖信號，把各路脈沖分別進行累加計數，再經通訊實現和上位機監控系統的數據交換，既不浪費原有電表，又實現電能集中抄表，減少人工抄表成本，提高管理效率。

      1 電路設計原理

　　ARTU-P32遙脈單元硬件電路包括，主CPU芯片、撥碼開關設定輸入、實時時鐘、雙路RS485通訊、脈沖計數存儲、電源管理及看門狗控制、光電隔離輸入采集、供電電源模塊等8部分組成。(見圖1)

　　1.1 主控CPU

　　32路開關量信號采集單元(ARTU-P32)設計采用ATMEL公司的ATmega128,單芯片實現雙路RS485通訊、數據處理、脈沖記錄存取，顯示狀態控制等。ATmega128是ATMEL公司推出的一款8位RISC結構高速低功耗單片機，在16M時鐘頻率時系統性能可達16MIPS，內帶128k的Flash、4k的EEPROM、4k系統SRAM;可擴展64k外部存儲器;兩路UART通訊口。同時該芯片擁有JTAG在線編程口，方便用戶調試，降低了開發成本，53個可編程I/O口可以掛接足夠多的外圍設備。

     1.2 撥碼開關設定輸入

　　撥碼開關提供用戶一個簡化的人機接口，用于設定RS485通訊中的地址、波特率、數據格式等設定功能，撥碼開關(SW1)的10位數據口都接10k電阻上拉到Vcc，電路使用一個74HC244(IC5)數據緩沖器，把撥碼開關的狀態傳送到8位數據總線，剩余兩根數據線則直接接到CPU的I/O端口。(見圖2)

圖2 撥碼開關設定輸入電路

      1.3 實時時鐘

　　實時時鐘芯片RX-8025A(IC4)提供給系統當前時間數據，該芯片擁有400kHz 串行IIC總線接口，其內置的32.768 kHz 石英振蕩器，提供寬溫、高穩定性的實時時間數據。

　　1.4 通訊方式

        通訊方式采用雙路RS485方式，調試及設定和上位機通訊部分在物理上分成兩路，互不干擾，有效防止可能存在的誤操作。(見圖3)

　　圖3 雙路RS485通訊電路

　　1.5 脈沖計數存儲

        脈沖計數存儲器使用32k低功耗SRAM(IC3)IC61C256AH和后備電源形成一個斷電不丟失的數據存儲單元，使用數據鎖存器74HC373(IC2)和CPU的PC端口組成15位數據地址對IC3進行數據存儲操作。(見圖4)

　　圖4 脈沖計數存儲電路

　　1.6 看門狗控制

 　　掉電自動保存部分使用MAX691CWE(IC8)作為電源管理，在系統有輔助供電的情況下保證IC3由主電源Vcc供電，當主電源掉電時則自動切換到后備電池供電方式。同時此芯片還兼有看門狗功能，在系統死機的極端情況下及時復位CPU，使系統快速恢復至受控狀態。(見圖5)

　圖5 看門狗電路

　     1.7 光電隔離的輸入信號狀態采集

        外部開關信號采集使用光耦(IC1，IC2只畫出其中四路)作電器隔離，光耦輸出端使用一個數據緩沖器74HC244(IC9)對光耦輸出信號進行緩沖后傳送到CPU的數據總線供CPU讀取。(見圖6)

     圖 6 信號狀態采集電路

      1.8 電源部分

 　  電源模塊采用PI公司的開關電源芯片，輸入范圍為AC/DC 80-270V，電源共有3路輸出，分別給CPU，12V電源輸出、通訊等部分電路提供電源。

      2 軟件設計

　　軟件流程見圖7

圖7 軟件流程圖

       3 產品特點

       ARTU-P32采用DIN35mm導軌安裝。前端帶通信指示和信號運行通道指示2組指示燈，32個通道掃描一周僅需時間為1ms，每個輸入通道可以最大計數到4294967296，同時帶GPS校時功能,可實現電能計數的凍結、解凍等功能，在外部電源掉電后可以保證脈沖數據記錄一個月內不丟失。通信有兩路RS485接口，一路用于通用參數的設置及調試，另一路用于和上位機通訊。產品頂端設有撥碼開關窗口，可通過撥碼開關設置產品通訊地址和波特率。產品符合JB/T10388-2002《帶總線通信功能的智能測控節點產品通用技術條件》、GB/T7261-2000《繼電器及裝置基本試驗方法》和GB/T13729-2002《遠動終端設備》標準。

      4 技術指標

　　產品主要技術指標詳見表1

　　表1

　　5 應用案例

       以計量32個電氣干線電能為例，電能表為DTM862-2型，一次方案見圖8(a)，電能脈沖采集二次見圖8(b)。使用傳統的機械式電能表附帶脈沖接口，利用智能化的脈沖接收裝置實現遠程集中式抄表功能。

圖8(a)

圖8(b)

      6 結束語

　　ARTU-P32遙脈單元于2007年12月在國家繼電保護及自動化設備質量監督檢驗中心測試，符合相關要求。該產品已在某油田供水供電公司、蘇州某稅務大廈、內蒙某煤礦等工程配電監控系統中得到應用，降低了投資成本，產生了較好的社會和經濟效益。

　　文章來源于：《低壓電器》2009年第18期。

　　參考文獻：

　　[1]上海安科瑞電氣有限公司.ARTU四遙單元安裝使用說明書,2008.07版.

　　[2]任致遠，周中.電力電測數字儀表原理與應用指南,中國電力出版社，2007.

作者簡介：

張鼎，女，本科，濟南安科瑞電氣有限公司工程師，

主要研究方向為智能電力監控與電能管理系統

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