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基于MSP430与ATT7022B的四遥测量模块
来源:本站整理  作者:佚名  2009-03-18 15:06:35



ATT7022提供有标准的SPI接口,可与带SPI口的MCU直接连接,也可用适当的I/O口线仿真SPI总线,其仿真读写程序很容易实现。

ATT7022的一个数据传输总线从向SPI接口的DIN端送入8位命令字开始的,当命令中包括一个写入命令时,在其后的24个SCLK周期内,串口将持续从DIN端读入24位串行数据。当发出一个读取命令时,串口将根据发出的命令来进行寻址,然后在其后的24个连续的SCLK周期从DOUT引脚上串行输出寄存器内容。数据的传输总是MSB在前,LSB在后。读寄存器时,SCLK为高,数据在DOUT引脚上有效。而在写寄存器时,数据则在SCLK的下降沿从DIN引脚读入,这一点在仿真SPI读写操作子程序时应引起注意,否则读写寄存器将出错。ATT7022B的读写时序见下图2所示。

(3)寄存器配置及校表方法

ATT7022B的寄存器分为计量参数和校表参数两部分。器件中的计量参数寄存器多达82个,它们的地址在01H~6FH中不连续分布,未使用部分可留给以后扩展。计量参量的计算全部由硬件完成,用户只需进行单位换算就可得到测量值。
    校表参数寄存器包括相位补偿设置、功率增益、相位校正、电压/电流校正、比差补偿设置、启动电流、高频脉冲输出设置、断相阈值电压设置和合相能量累加模式等36个寄存器,它们的地址不连续地分布在01H~2AH,也考虑了以后的扩展。应当说明的是,两个寄存器的地址有重叠部分,但它们的物理位置是分开的,可以通过读写命令来区分。

校表是电能表设计中非常重要的环节,ATT7022B上电复位后,校表寄存器的初始数据为默认值,此时读出的计量参数值和实际参数值不符,因而需要对校表寄存器进行设置,以将测量值减小到误差范围之内。校表可按高频输出参数设置、比差补偿区域设置、角差补偿区域设置、功率增益校正、相位校正、启动电流设置、功率增益校正、参量累加模式设置、电压校正、电流校正的先后顺序进行。现以电压增益的校准为例简要说明AT7022B的校表方法,其它参数校准请参照该芯片的参考文献。

电压增益校正UgainA、UgainB、UgainC:在ATT7022初始化时,Ugain为0,标准表上读出的电压有效值为Ur,通过SPI口读出的测量电压有效值寄存器的值为Datau。此时,如实际电压有效值Ur,测量电压有效值为Urms=DataU× / ,由于:

Ugain=(Ur/Urms)-1

因此,如果(Ugain≥0),则Ugain=INT[Ugain× ]

否则Ugain<0,则Ugain=INT[ +Ugain× ],  式中,INT表示取结果的整数部分。

(4)互感器参数选择

选用的电流互感器规格为5A/2.5mA,精度是0.05级,负载阻抗为40Ω,电压互感器规格选择电流型电压互感器2mA/2mA,在其前端通过110K功率电阻把220v电压信号转变成2mA电流信号,负载电阻为250Ω。这样在输入额定电流、额定电压时,其电流、电压差动输入电压的有效值分别为0.1V和0.5V左右,可满足ATT7022B的要求。

(5)特点

ATT7022B能够提供的计量参数除瞬时有功功率、无功功率、视在功率、有功电能、无功电能、功率因数、相位、电压有效值、电流有效值、瞬时合相电流值、线电压频率值、四象限无功、正向和反向有功电能外,还包括缺相、相序错误和反向有功指示等状态信息,非常适用于三相电路中各种电参数的测量。

 2.2、软件部分

  对于MSP430单片机,由TI 公司自带的嵌入式软件开发平台IAR EMBEDDED WORKBENCH。该软件可对开发系统进行在线调试,带有C 编译器,可采用高效、便捷、通用的C语言编程。

通过MSP430F449的P4.2—P4.5端口对ATT7022B芯片进行同步数据传递,其中P4.2用于CS,P4.3端口用于 DI,P4.4用于DO,P4.5 用于SCK,程序流程图如下图3所示。

SPI通信一般分为硬件SPI通信和软件SPI通信。如果本系统选用硬件SPI通信,就需要在程序中把P4.2-P4.5 四个口定义成同步串行通信口,P4.3 利用TXBUF 发送数据,P4.4利用RXBUF接受数据,P4.5提供同步CLK信号。如果定义同步发送与接受数据位数是8位的话,这样利用TXBUF发送8位的地址数据一次就完成,与普通的数据发送没有什么区别,但是利用RXBUF接受24位的寄存器数据,需要连续接受三次。通过实际调试发现,这种通信方式对时序要求极为严格,使用起来较麻烦。

在本系统中,改用了软件SPI通信,使用I/O口模拟硬件SPI通信,通过程序控制P4.5 产生高低电平,通过P4.3输出8位的地址数据,在8个CLK脉冲信号下就可以完成,然后紧接着通过P4.4 接受24位的寄存器数据,在24个CLK脉冲信号下就可以完成。这种通信方式使用起来操作性较强,简易实用。

3、 结束语

本模块作为电力四遥监控系统的测量单元,所涉及到的软硬件均通过了实验调试,工作正常,性能稳定。该模块可以单独作为三相电能表使用,也可以外加显示模块、遥信模块、遥测模块、通信模块等就可以形成电力四遥监控系统,从而可以广泛应用于电力系统的各种配电设备中。

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