每日观点:基于ARM多用户智能电能表怎么设计的?计算有功功率的公式是什么?


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0 引 言 随着城市居民住房的发展,楼房用表需求量不断增大,传统的把多个电能表挂在一起的计量方式越来越显出它的弊端;即体积大,成本高,工程造价高,不利于新型住房的集中用电管理。多用户、多功能智能电表不仅能很好地解决上述问题,还能实现很多智能化的功能。 多用户多功能智能电能表可同时计量48户居民的用电量。该电能表采用2块LPC2294控制,以完成数据的通信和采集;采用2块ARM,以减轻CUP的负担,提高系统的多功能化和智能化。相对于单用户电表,多用户电表有多达32路以上通道,采用同一系统进行分时处理,该系统采用12位A/D转换芯片AD8364,能保证数据采集的精度和速度。上位机还能实现与银联系统联网,可远程控制用户的用电。多用户、多功能电能表在灵活性、多功能化、智能化、精度等方面都有优势。

1 测量原理 该电能表采用交流采样方法进行数据采集,然后通过算法获得电压、电流、有功功率、功率因素等。

将上式离散化后得:

式中用1个周期内有限个采样电压数字量来代替1个周期内连续变化的电压函数值;△Tm为相邻两次采样的时间间隔;μm为第m一1个时间间隔的电压采样瞬时值;N为1个周期的采样点数。 当采用等间隔采样时,△Tm为常数△丁,同时N=(T/△T)+1,则式(2)变为:

式(3)是根据一个周期采样瞬时值及每周期点数计算电压有效值的公式。 电流计算公式:

计算有功功率的公式:

离散化后为:

式中:im,μm为同一时刻的电流、电压采样值。

2 系统总体方案 系统的硬件和软件采用模块化、标准化设计并充分考虑系统的扩展能力。电能表由主控板、通信板、显示板、继电器控制板和电源板5部分组成。通信模块负责远程通信;主控板完成电能表的所有基本功能;显示板作为系统的显示终端;继电器控制板完成断电和供电控制;电源板为整个系统提供稳定安全的电流。图1是电能表的结构框图。该电能表的工作原理是:首先由32路电流互感器采样,再由模拟开关选通后放大滤波送入AD8364转化为数字量,同时电压互感器采样的电压经滤波送入A/D转换器。得到电压和电流的数字量转给采集CPU。采集CPU根据瞬时电压和瞬时电流计算瞬时功率,并把结果送到显示模块予以存储。采集CPU与通信cUP传递数据,通信CPU通过cAN总线传输到上位机。

关键词: 智能电能表 LPC2294