专利名称：基于msp430单片机的三相电表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电能计量装置，特别是一种基于MSP430单片机的三相电表。
背景技术：
随着我国电网建设加快，三相机械电能表、三相机电一体化电能表已逐渐被三相 全电子式电能表所取代。较之以前，三相全电子式电能表(三相电表)的可靠性、稳定度、 经济性都有了大幅度提高。目前三相电表的大多采用的是分立元件构成的，即需要单片机、电能计量芯片、 LCD (Liquid Crystal Display)显示驱动芯片、外接存储器、RS485 (—种串行总线标准)等 通讯接口芯片。该三相电表由单片机捕获电能计量芯片脉冲，完成计数，并将相关电能数据 存储到外接存储器。除此之外，单片机还要控制LCD显示驱动芯片来显示电能数据及时间 信息；控制RS485等通讯接口芯片完成电表数据传送功能。分立元件构成的三相电表在功能上已能满足三相电表可靠性及稳定性的需求。但 由于使用到的元件相对较多，无疑增加了三相电表的生产成本，而且线路连接复杂，计量精 度较低。
实用新型内容本实用新型的目的在于，提供一种基于MSP430单片机的三相电表。本实用新型不 仅能保证使用时的可靠性和稳定性，而且具有生产成本低，线路连接简单和计量精度较高 的特点。本实用新型的技术方案基于MSP430单片机的三相电表，其特征在于包括具有 电源电路模块的MSP430单片机及与MSP430单片机连接的IXD显示模块、通讯接口模块、存 储模块、按键输入模块，MSP430单片机内的ADC连接有三相电压采样电路模块和三相电流 采样电路模块。前述的基于MSP430单片机的三相电表中，所述的电源电路模块，是三相阻容降压 电路作为电源电路模块或是三相阻容降压电路和变压器降压电路共同组成电源电源电路 模块。所述的三相电压采样电路模块和三相电流采样电路模块与MSP430单片机的模拟 输入端连接。前述的基于MSP430单片机的三相电表中，所述的通讯接口模块包括红外通讯接 口模块、RS232串口通讯接口模块和RF无线通讯接口模块。前述的基于MSP430单片机的三相电表中，所述的MSP430单片机还设有LED脉冲 指示灯，LED脉冲指示灯包括分别指示A、B、C三相脉冲输出的绿、黄、红色LED灯。 前述的基于MSP430单片机的三相电表中，所述的MSP430单片机还设有有功、无功 脉冲输出电路模块。 前述的基于MSP430单片机的三相电表中，所述的存储模块，是电可擦写可编程只读存储器，能保存电量数据和事件记录信息。与现有技术相比，本实用新型是一种基于MSP430单片机的三相电表，利用MSP430 单片机已将模数转换、数字信号处理、电能计量、LCD显示驱动、硬件RTC时钟和硬件USCI 通讯模块集成于一体，使得外围电路设计及线路连接简单，生产成本降低，计量精度提高， 非常适合在民用电表中进行推广。而且还具有极强的可重构造性，即在不改变硬件电路的 前提下通过改变软件来改进系统功能，从而解决每次不同功能要求的设计项目都需要对原 有的软硬件做出相应的调整的问题，给用户和厂家都带来了极大的方便。本实用新型在保 证了可靠性和稳定性的同时，还大大提高了经济性，降低厂家的生产成本，加快我国电网建 设。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是三相电压采样电路模块的示意图；图3是三相电流采样电路模块的示意图。附图中的标记为1_MSP430单片机，2-IXD显示模块，3_存储模块，4_按键输入模 块，5-LED脉冲指示灯，6-RF无线通讯接口模块，7-红外通讯接口模块，8-RS232串口通讯接 口模块，9-电源电路模块，10-三相电流采样电路模块，11-三相电压采样电路模块，12-有 功、无功脉冲输出电路模块。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型 限制的依据。实施例。基于MSP430单片机的三相电表，构成如图1所示，其特征在于包括具有 电源电路模块9的MSP430单片机1及与MSP430单片机1连接的IXD显示模块2、通讯接口 模块、存储模块3、按键输入模块4，MSP430单片机1内的ADC连接有三相电压采样电路模 块11和三相电流采样电路模块10。所述的MSP430单片机1是德州仪器生产的MSP430F47197单片机，它具有以下特 性1、系统主频高达16MHz，可以提供更高的采样频率和更快的运行速度；2、内置相互独立的7路16位二阶Σ - Δ模式转换器，可同时采样三相电流、三相 电压和中线的电流，实现电流不平衡的防窃电功能；3、具有4路USCI通讯模块，支持UART、SPI、I2C等通讯接口，便于与外设的通讯和 功能的扩展，采用硬件串口通讯，可以减轻CPU的负荷，使其主要应用于信号的处理和电能
量的管理；4、集成多达160段的IXD驱动器，满足大部分的三相电表的应用；5、内置32位χ 32位的硬件乘法器，完成功率和电量的计算；6、具有自动识别闰年的硬件RTC模块，结合内部的温度传感器，可以校准RTC ；7、包含120KB的Flash空间和4KB的RAM空间。所述的三相电压采样电路模块11和三相电流采样电路模块10与MSP430单片机1的模拟输入端连接。所述的三相电压采样电路模块11如图2所示，A相电压线接至LINE VA端，经过 电阻R38、R4UR44和R53进行降压接到中性线，最后在电阻R53两端产生一定压差的交流 信号，经过RC低通滤波器R50、C13和R47、C14，差模电容C41滤除大部分的干扰信号，最后 经模拟输入端输入ADC的电压转换通道中。所述的三相电流采样电路模块10如图3所示，外部信号通过电流互感器弓丨入到电 流采样电路中，LSP7和LSP8接电流互感器的次级，D8和D9，DlO和D17分别对电流信号的 “ + ”、“-”端电压进行钳位，而D30则是对交流差分信号的电压进行钳位，磁珠Lll和L12是 滤除信号线上的高频干扰。电阻RlO是电流互感器的负载电阻(电阻R7和R8是作为公共 端接地的负载电阻，这两种负载电阻选其中一种方式即可)，即互感器次级线圈的电流流过 电阻R10，在电阻两端产生一定的压差，此差值就是输入模数转换器的信号，电阻Rll和电 容C9以及R12和ClO构成RC低通滤波器，分别滤除差分信号线上的高频干扰。经过前面 的处理，在电阻RlO上得到一个幅值一定的、干扰较少的交流信号，再经过RC低通滤波器和 差模电容C11，可以滤除大部分的干扰，进入模数转换器(ADC)的模拟输入端的是较干净的 信号。所述的电源电路模块9，是三相阻容降压电路作为电源电路模块或是三相阻容降 压电路和变压器降压电路共同组成电源电源电路模块。由于本实用新型在工作时的电流较 大，一路的三相阻容降压电路不能提供足够的电流供其正常工作，所以阻容降压时需要三 路同时工作，或者增加变压器降压电路，作为一种可选的电源方案。根据实际使用的需要， 可以选择三相阻容降压的电源工作方式或者变压器降压和三相阻容降压共同的电源工作 方式，通过对电源板上短接线的短接来选择不同的工作模式。变压器二次侧电源输出段设 置短接线，未短接时表示只由三相阻容降压电路提供工作的电源；短接时表示除了三相阻 容降压电路提供电源外，变压器降压电路也提供工作电源。所述的通讯接口模块包括红外通讯接口模块7、连接电源电路模块9的RS232串 口通讯接口模块8和RF无线通讯接口模块6 ；红外通讯接口模块7与MSP430单片机1的 USCI_A0连接，RS232串口通讯接口模块8与MSP430单片机1的USCI_A1连接，RF无线通 讯接口模块6与MSP430单片机1的USCI_B0连接；红外通讯接口模块7主要用于抄表访 问、诊断访问和设置访问，RS232串口通讯接口模块8主要用于校表，RF无线通讯接口模块 主要实现远程自动抄表功能。由于红外通讯的载波频率是38KHz，所以采用MSP430自带的 TimerAO定时器产生38KHz的PWM波作为红外通讯的载波频率。所述的MSP430单片机1还设有LED脉冲指示灯5，LED脉冲指示灯包括分别指示 A、B、C三相脉冲输出的绿、黄、红色LED灯；所述的MSP430单片机1还设有有功、无功脉冲 输出电路模块12。所述的存储模块3，是电可擦写可编程只读存储器，能保存电量数据和事件记录信 肩、ο本实用新型具有正向有功电能、反向有功电能、四象限无功电能计量功能；具有分 时计量功能，可按相应的时段分别累计、存储各时段的有功电能、无功电能；具有分相计量 有功电能量功能；电表的参数可设置。本实用新型的IXD显示模块采用两行、每行8位的段码IXD显示屏；具有自检显示功能，以检查显示笔段；显示方式分为自动循显和按键显示两种方式；根据需要编程设置 循环显示的内容，电能量显示数为6位整数，2位小数。能显示总的有功功率、无功功率、视 在功率；能显示分相的有功功率、无功功率、视在功率、电压、电流、频率和功率因素；能显 示当前时间和日期。 本实用新型可实时测量A、B、C三相的电压、电流有效值；实时测量A、B、C三相的 频率和功率因数；实时测量A、B、C三相的有功功率、无功功率和视在功率；实时测量当前的温度。
权利要求1.基于MSP430单片机的三相电表，其特征在于包括具有电源电路模块(9)的MSP430 单片机(1)及与MSP430单片机(1)连接的LCD显示模块O)、通讯接口模块、存储模块(3)、 按键输入模块G)，MSP430单片机(1)内的ADC连接有三相电压采样电路模块(11)和三相 电流采样电路模块(10)。
2.根据权利要求1所述的基于MSP430单片机的三相电表，其特征在于所述的电源电 路模块(9)，是三相阻容降压电路作为电源电路模块或是三相阻容降压电路和变压器降压 电路共同组成电源电源电路模块。
3.根据权利要求1所述的基于MSP430单片机的三相电表，其特征在于所述的三相电 压采样电路模块(11)和三相电流采样电路模块(10)与MSP430单片机(1)的模拟输入端 连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的基于MSP430单片机的三相电表，其特征在于所述的 MSP430单片机(1)还设有LED脉冲指示灯( ，LED脉冲指示灯包括分别指示A、B、C三相 脉冲输出的绿、黄、红色LED灯。
5.根据权利要求4所述的基于MSP430单片机的三相电表，其特征在于所述的MSP430 单片机(1)还设有有功、无功脉冲输出电路模块(12)。
6.根据权利要求4所述的基于MSP430单片机的三相电表，其特征在于所述的存储模 块(3)，是电可擦写可编程只读存储器，能保存电量数据和事件记录信息。
专利摘要本实用新型公开了一种基于MSP430单片机的三相电表，其特征在于包括具有电源电路模块(9)的MSP430单片机(1)及与MSP430单片机(1)连接的LCD显示模块(2)、通讯接口模块、存储模块(3)、按键输入模块(4)，MSP430单片机(1)内的ADC连接有三相电压采样电路模块(11)和三相电流采样电路模块(10)。本实用新型不仅能保证使用时的可靠性和稳定性，而且具有生产成本低，线路连接简单和计量精度较高的特点。
文档编号G01R21/06GK201909811SQ20102069457
公开日2011年7月27日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者张其华, 赵振东, 陈磊 申请人:利尔达科技有限公司