1.設(shè)計依據(jù) 
電能表作為計量型儀表，與經(jīng)濟、民生息息相關(guān)。因此，其相關(guān)標準在眾多工業(yè)標準當中是為嚴格的。國內(nèi)電能表主要參考的標準為： 
l GB/T17215.322-2008 《交流電測量設(shè)備特殊要求 第22部分：靜止式有功電能表（0.2S級和0.5S級）》 
l GB/T17215.211-2006 《交流電測量設(shè)備 通用要求、試驗和試驗條件 第11部分:測量部分》 
l DL/T614-2007《多功能電能表》 
以上標準針對電能表在設(shè)計、生產(chǎn)及應(yīng)用中的性能、功能都規(guī)定了詳細的技術(shù)參數(shù)。其中較為重要的性能指標有： 
1）、工頻耐壓。所有的電流線路和電壓線路以及參比電壓超過40V的輔助線路連接在一起為一點，另一點為地，試驗電壓4kV加于該兩點間，不應(yīng)發(fā)生飛弧、火花放電或擊穿現(xiàn)象。 
2）、快速瞬變脈沖群試驗。在電壓和電流線路加4kV脈沖群，儀表準確度應(yīng)在相應(yīng)標準規(guī)定的極限內(nèi)。 
3）、靜電放電抗擾度試驗。接觸放電8kV，空氣放電15kV，儀表不能有死機或精度不準顯現(xiàn)。 
4）、浪涌抗擾度試驗。在電壓線路通以參比電壓，電流端開路，在電壓和電流線路上施加4kV，正負極各5次，儀表不應(yīng)損壞不能工作。 
以上幾點指標在各自的試驗規(guī)格中都是高級的殘酷級別。對于傳統(tǒng)的壁掛式電能表，體積較大，內(nèi)部有足夠的設(shè)計空間來應(yīng)對標準中的各種要求。而導(dǎo)軌式三多功能電能表因為體積較小，模具決定了內(nèi)部可用空間不大。因此，導(dǎo)軌式三相電能表在設(shè)計上要難于傳統(tǒng)的壁掛式電能表。本文以DTSD1352三相多功能電能表為例講解一種基于SOC技術(shù)的方案。 
2.硬件可靠性設(shè)計 
2.1 芯片選擇 
DTSD1352采用的主芯片是美信公司的71M6543，此芯片包含了一個8051的微處理器內(nèi)核和一個可實現(xiàn)計量功能的32位DSP數(shù)字引擎（CE），同時包括了電能表所必須的一些外設(shè)，如LCD驅(qū)動、可補償?shù)腞TC、UART等。芯片具有良好的電磁兼容性，完全符合電能表的性能標準。由于此芯片的集成度極高，為產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)留下了寶貴的空間。 
2.2 總體方案 
總體方案框圖如圖1所示?？傮w設(shè)計中主要圍繞71M6543，外圍電路主要包括：開關(guān)電源、電壓電流采樣電路、按鍵、液晶顯示、數(shù)據(jù)存儲、RS485通信模塊、脈沖輸出。原始信號經(jīng)電阻分壓及電流互感器信號衰減輸入到CE，CE順序處理從模擬輸入引腳采集的電壓信號，計算有功能量（Wh）和無功能量（VARh），以及四象限表計的A2h和V2h。然后MPU存取這些測量值，進一步處理并通過MPU的外圍器件輸出，輸出方式如：LCD顯示、RS485通信等。除了高級測量功能外，實時時鐘（RTC）功能允許71M6543不外掛任何實時時鐘芯片就可以實現(xiàn)多費率分時計量。同時配合外掛的鐵電，可以實現(xiàn)對12個月的歷史數(shù)據(jù)的保存功能。
2.3 采樣電路 
71M6543的管腳IADC0至IADC7用作電流傳感器輸入。這8路電流傳感器輸入可配置為8路單端輸入，或配對構(gòu)成4路差分輸入。為獲得佳性能，DTSD1352在設(shè)計中將電流傳感器輸入配置為差分輸入（即：IADC0-IADC1、IADC2-IADC3、IADC4-IADC5、IADC6-IADC7）。71M6543提供了分流器接入和電流互感器接入兩種接入方式，處于電氣安全的考慮，DTSD1352方案中使用的是互感器方案。具體電路原理圖如圖2所示：
圖2中IN_IA+和IN_IA-與互感器次級輸出相連，IA+和IA-與IADC0和IADC1相連。電壓采樣電路使用單端輸入，通過電阻分壓檢測電網(wǎng)電壓。VADC8、VADC9、VADC10引腳為單端，返回至V3P3A引腳。 
2.4 輸入復(fù)用器及采樣時序 
由于71M6543內(nèi)部只有一個ADC，所以使用了一個輸入復(fù)用器來切換7種信號（IA、VA、IB、VB、IC、VC、IN）的采集。輸入復(fù)用器按照11個MUXn_SEL[3:0]控制字段確定的采用順序，將模擬輸入信號依次作用到ADC輸入。一個完整的采樣過程稱為復(fù)用幀。圖3為一個完整復(fù)用幀的時序圖：
3.軟件模塊化設(shè)計 
DTSD1352采用模塊化軟件設(shè)計，模塊設(shè)計包括：計量運算、校準模塊、人機交互模塊、通信模塊、復(fù)費率計算模塊、需量計算模塊、事件記錄模塊等。整體流程圖如圖4所示：
流程圖中的任務(wù)調(diào)度模塊其實是由多個中斷以及定時器按一定的優(yōu)先級組合而成的。其支配著整個程序，驅(qū)動程序正常無誤的工作。對于周期性任務(wù)，如計量、復(fù)費率運算等，由定時器定時分配任務(wù)執(zhí)行順序。而對于一些非周期性任務(wù)，如通信、人機交互等，則由中斷觸發(fā)執(zhí)行。各模塊大多相互，代碼維護簡單。 
4.DTSD1352測試數(shù)據(jù) 
表1為DTSD1352在各溫度環(huán)境測試中的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)表明DTSD1352有功電能精度等級可以滿足0.5S級要求，并滿足高低溫性能。
5.DTSD1352在實際中的應(yīng)用 
圖5為DTSD1352在某寫字樓中的系統(tǒng)圖和接線圖。右圖為電氣系統(tǒng)圖，DTSD1352作為系統(tǒng)中的終端元件對包括照明、空調(diào)或插座等終端負載進行電能計量及電氣運行參數(shù)測量。左圖為單個DTSD1352的外部接線圖，電網(wǎng)中的A、B、C三相分別接入表的UA、UB、UC（端子號1、3、5）端子。電流經(jīng)互感器后接到相應(yīng)的電流接口。DTSD1352還有直接接入，低于80A的電流可直接進表，接線方式與互感器接入相似，由于篇幅問題，這里就不再贅述。
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