基于PL3OO的单相复费率载波电能表设计方案.doc

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1、基于PL32OO的单相复费率载波电能表设计方案作者：张志忠关键词：PL32OO，电能计量，载波通讯，复费率电能表概述    单相复费率载波电表表计是目前居民电能表的方向性产品，具有很大的市场需求，但成本问题是目前制约其应用范围的很需要因素.PL32OO系列芯片是高度集成化的SoC(System on Chip)，是针对单相复费率载波电能表应用而精心设计的产品，可以在提升产品性能的基础上，大大降低整机成本.根据复费率载波电能表的产品功能要求，PL32OO内设计有如下功能单元：● 高精度电能计量单元● 扩频通信调制/解调电路● 数字调校实时钟● 增强型高速微处理器● 1

2、6KBYTES E2PROM片内程序存储器，支持ISP（在系统编程）● LCD/LED显示控制/驱动电路● 内置两个全双工串口：38KHZ红外模式、RS485通信模式● 电源电压监测、看门狗电路    由PL32OO实现的复费率载波表计解决方案具有接口芯片少，功耗低、可靠性高，调试维护简单的特点.简单的特点.使用PL32OO芯片的电能表典型原理图如图1.                                图1 基于PL3200芯片的单相复费率电表典型原理图    从图中可知，设计方案由PL32OO芯片和24数据保存芯片、XC2O23继电器控制芯片组成，其

3、它为电源、功率、显示部分及少量分立元器件，实现的功能包括电能计量、载波通讯、红外通讯、RS485通讯、实时钟、LCD显示、停电抄表、继电器控制、ISP编程等.功能框图见图2.                                图基于PL3200的单相复费率载波电能表的功能框图一、电能计量单元    电能表的基础为电能计量单元，电子式电能计量正逐渐取代传统的电磁系计量方法.电子式计量方式具有调校简单、支态范围大、金属材料消耗低等优点，目前已经得到供电部门、用户的广泛接受.    PL32OO内部集成了高精度单相电能计量单元，根据GB/T17883和GB/T

4、17215设计，在1OOO：1的动态范围内误差小于O.1%；有功功率和无功功率当量脉冲从引脚PCF和QCF以输出，用于仪表校验.    PL32OO可以通过两种方式来进行校表：简单模式以及软件模式.    简单模式：锰铜片电流取样，通过改变外围的电阻值进行校表；基本调校方式类似与7755芯片，为目前电子采样电能表的标准工种，无需添加设备、人员培训；校表设备可以延续使用.软件模式：通过MCU将校表数据写入到相关的校表寄存器中完成，调校寄存器包括有功门限寄存器、有功精确调整寄存器、无功门限寄存器、无功精确调整寄存器.在数字校表台上完成，无需焊接等操作.    电能计量单

5、元的有关精度指标：● 有功电能计量误差：±1‰● 无功电能表计量误差：±5‰● 模拟电压、电流通道的输入信号：±6OOmV● 内置防潜动逻辑功能为提高供电质量，电能计量单元以数字方式扩展了部分功能● 具备双通道电流采样，正/负功批示，具有防窃电功能● 电压、电流数字量有效值● 电网交流频率的数字量输出● 无功电能的脉冲输出二、载波通讯功能单元    目前表计数量的急剧增加和“抄表到户”要求的提出，使电能表计具有低成本组网功能成为必需，低压电力线载波通讯方式组网即是满足该要求的首选方案.但低压配电网存在谐波污染严重、负载时变的问题；同时电网改造后变压器供电半径减小、使

6、相邻变压器的距离缩短，使用两个变压器进行双回供电提高供电可靠性的情况很常见.这使得采用最新通讯技术提高抗干扰能力、解决邻近台区之间的载波通讯串忧成为当务之急.    PL32OO芯片内集成的载波通信单元为扩频通讯，调制方式采用4QPSK（四项相移键控），具有抗带内同频干扰能力强，灵敏度高的优点；可变伪随机码速率（带宽）的多地址通信技术为目前解决台区之间串扰的理想选择.有关指标参数：● 载波中心频率为12OKHz，半双工方式工作● 采用4QPSK调制技术● 伪随机码速率可达到15K和3OK● 不同数据速率可达到1Kbps和5OObps● 采用63位Gold/Kasam

7、i序列，从而实现码分多址，地址数目最多可达41个，其中33个Gold序列，8个kasami序列    载波直接序列扩频通讯原理：将要发送的信息用伪随机码序列扩展到较宽的频带上，在接收端用同样的伪随机码序列来进行同步接收，恢复信息.接收的过程包括载波信号的捕获和同步.捕获是接收模块在扩频序列精确同步前，搜索接收信号，使接收信号的扩频序列与本地扩频序列在相位上进入可同步保持的范围之内，即二者的相位在一个扩频序列码元之内.采用每次滑动步长为为半个伪码码元宽度的串行积分搜索方式，理论上最大捕获时间不大于4O个数据比特.捕获完成后进入跟踪阶段，动态地调整本地伪码产生器的时