本文给出了采用福星晓程PL3000单片机的具有上述功能的控制系统设计方案，本产品已在本地进入了推广阶段。
1 硬件电路设计
1.1 控制系统总体方案
每个用户端由一个多功能电表完成用电计量计费和管理，上位计算机将相关用电控制参数传送到用户终端，终端系统则根据管理中心设定的参数对用电情况进行实时监控，向管理中心计算机报送计量数据、恶性负载判别等功能，并执行管理中心发送的断电、供电指令。从而构成整个供电场所的柔性智能管理系统。其总体方案如图1所示。
1.2 多功能电表结构
本方案采用北京福星晓程公司开发的多功能电表专用处理器PL3000。该芯片具有以下特点和功能：
(1)内嵌增强型8051兼容处理器，配置8/16位ALU、256+768 bytes SRAM以及8kbytes E2PROM、三个8/16位定时/计数器，一个看门狗定时器和三个外部中断。
(2)超级指令流水线结构，同等主频情况下8倍速于标准8051微处理器。
(3)内置高精度数字多功能电能计量单元，计量精度优于0.1%;
(4)电流通道内置可编程增益放大器(PGA)
(5)内置双通道电流采样、正/负功指示数字逻辑电路，具有防窃电功能。
(6)提供有功功率和无功功率瞬时值输出。
(7)外围模块包括LCD驱动、在系统编程、电源电压监测电路、双通道IS07816接口、实时钟。
该芯片集成了丰富的功能模块，外部只需少量的辅助元件即可完成所有功能，达到了整机低成本、高可靠的要求。电表设计框图如图2所示。
1.3 电流电压互感器采样电路
其工作原理是：首先，通过电流互感器CT、电压互感器PT对电流、电压采样，采样电路如图3所示;采样后直接送入IC引脚，经过内部放大电路放大，通过 A/D转换器转换成为数字信号;接下来经过数字滤波、移相等处理;最终，得到有效的电能计量数据。从而完成对有功/无功功率、瞬时电流和电压的有效值以及当前的交流频率值的计量、计算。
计量电路可以由软件来控制采样两路电流信号中的某一路。在计量模块内部与电压采样结果进行乘法处理，计算得到有功功率、无功功率。计量模块与8051之间是并行通讯，通过寄存器以及中断进行控制。PL3200内部的嵌入式微处理器8051可以通过特殊功能寄存器(SFR，包
括控制寄存器、标识寄存器、校表寄存器和数据寄存器四类)地址直接访问计量模块内部的寄存器。
1.4 有功测量
电能在物理山可以看成是从电源流向负载的能量流，在数学上等于该时刻瞬时电压值与瞬时电流值的乘积，将所有瞬时消耗的乘积在时间上做积分得到(见下式)：
其中U、I分别为交流电压、电流信号的有效值，cosφ为功率因素，然而，式(2)仅适用于电压电流都是标准正弦信号的时候，若这个前提不满足，则不能用式(2)作电网的功率计量。在实际电网中，电压电流信号基本上都不是只包含50Hz频率分量的正弦信号，而是含有很多诸如
100Hz、150Hz、200Hz…等的谐波信号。因此现代电能计量都仍然使用式(1)来计算功率和电能。
PL3000芯片采用了IIR高通滤波器去除电压电流信号中的直流信号，IIR型滤波器的一个缺点是具有非线性相位的频响特性，但由于PL30 00芯片对电压和电流信号使用同样的IIR型滤波器，对电压电流信号中的同频率分量将产生同样的相位延时，它们的相角差没有改变，因而不会对同频率的电压电流乘积积分值产生影响，这一点PL3000芯片与其他同类功率计量芯片不同，高通滤波器将不会由于非线性相位效应对电能计量产生不利影响。
1.5 通信接口设计
串行数据通信只需要一对数据传送线进行信息的传送，传送成本较低，特别适用分布式控制系统以及远距离通信之中，故本设计选择串行数据通信。RS-232C 和RS-485接口电路是最常用的接口，RS-232C的缺点是只能用于短距离的数据通信，通常传送距离在50m以内，而RS-
485可以达到上千米。RS-485接口在总线上允许连接多达128个收发器，具有良好的抗噪声干扰性、长的传输距离和多站能力等优点，在此我们选用 RS-485接口作为用户端和管理中心的通信接口。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具
有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。图4为由SN75176构成的RS-485通信接口电路。
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