基于ATmega128的32路遙脈單元設(shè)計(jì)及應(yīng)用

    1 于宏業(yè) 2 任景瑞 3李海全

（1長春黃金設(shè)計(jì)院，吉林 長春  130012

3．江蘇安科瑞電器制造有限公司，江蘇　江陰　214405）

摘要：介紹一款基于8位單片機(jī)ATmega128為主控芯片，具有接收32路脈沖信號輸入的ARTU-P32型遙脈單元設(shè)計(jì)原理，以及該產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)與應(yīng)用案例。

關(guān)鍵字：ATmega128芯片；遙脈單元；ARTU-P32型

0引言

隨著國家機(jī)關(guān)大樓、大型公共建筑能耗計(jì)量考核規(guī)范的推出，主要電氣干線加裝電能計(jì)量裝置已成為設(shè)計(jì)、審圖和竣工驗(yàn)收的內(nèi)容之一，有條件的省市還要建立能耗監(jiān)測系統(tǒng)。

1          電路設(shè)計(jì)原理

ARTU-P32遙脈單元硬件電路包括，主CPU芯片、撥碼開關(guān)設(shè)定輸入、實(shí)時時鐘、雙路RS485通訊、脈沖計(jì)數(shù)存儲、電源管理及看門狗控制、光電隔離輸入采集、供電電源模塊等8部分組成。（見圖1）

1.1       主控CPU

32路開關(guān)量信號采集單元（ARTU-P32）設(shè)計(jì)采用ATMEL公司的ATmega128,單芯片實(shí)現(xiàn)雙路RS485通訊、數(shù)據(jù)處理、脈沖記錄存取，顯示狀態(tài)控制等。ATmega128是ATMEL公司推出的一款8位RISC結(jié)構(gòu)高速低功耗單片機(jī)，在16M時鐘頻率時系統(tǒng)性能可達(dá)16MIPS，內(nèi)帶128k的Flash、4k的EEPROM、4k系統(tǒng)SRAM；可擴(kuò)展64k外部存儲器；兩路UART通訊口。同時該芯片擁有JTAG在線編程口，方便用戶調(diào)試，降低了開發(fā)成本，53個可編程I/O口可以掛接足夠多的外圍設(shè)備。

1.2       撥碼開關(guān)設(shè)定輸入

1.3       實(shí)時時鐘

實(shí)時時鐘芯片RX-802（IC4）提供給系統(tǒng)當(dāng)前時間數(shù)據(jù)，該芯片擁有400kHz 串行IIC總線接口，其內(nèi)置的32.768 kHz 石英振蕩器，提供寬溫、高穩(wěn)定性的實(shí)時時間數(shù)據(jù)。

1.4       通訊方式

     通訊方式采用雙路RS485方式，調(diào)試及設(shè)定和上位機(jī)通訊部分在物理上分成兩路，互不干擾，有效防止可能存在的誤操作。（見圖3）

1.5       脈沖計(jì)數(shù)存儲

脈沖計(jì)數(shù)存儲器使用32k低功耗SRAM（IC3）IC61C256AH和后備電源形成一個斷電不丟失的數(shù)據(jù)存儲單元，使用數(shù)據(jù)鎖存器74HC373（IC2）和CPU的PC端口組成15位數(shù)據(jù)地址對IC3進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲操作。（見圖4）

1.6       看門狗控制

掉電自動保存部分使用MAX691CWE（IC8）作為電源管理，在系統(tǒng)有輔助供電的情況下保證IC3由主電源Vcc供電，當(dāng)主電源掉電時則自動切換到后備電池供電方式。同時此芯片還兼有看門狗功能，在系統(tǒng)死機(jī)的情況下及時復(fù)位CPU，使系統(tǒng)快速恢復(fù)至受控狀態(tài)。（見圖5）

1.7       光電隔離的輸入信號狀態(tài)采集

1.8       電源部分

電源模塊采用PI公司的開關(guān)電源芯片，輸入范圍為AC/DC 80-270V，電源共有3路輸出，分別給CPU，12V電源輸出、通訊等部分電路提供電源。

2          軟件設(shè)計(jì)

軟件流程見圖7

3          產(chǎn)品特點(diǎn)

ARTU-P32采用DIN35mm導(dǎo)軌安裝。前端帶通信指示和信號運(yùn)行通道指示2組指示燈，32個通道掃描一周僅需時間為1ms，每 個輸入通道可以zui大計(jì)數(shù)到4294967296，同時帶GPS校時功能,可實(shí)現(xiàn)電能計(jì)數(shù)的凍結(jié)、解凍等功能，在外部電源掉電后可以保證脈沖數(shù)據(jù)記錄一個月內(nèi)不丟失。通信有兩路RS485接口，一路用于通用參數(shù)的設(shè)置及調(diào)試，另一路用于和上位機(jī)通訊。產(chǎn)品頂端設(shè)有撥碼開關(guān)窗口，可通過撥碼開關(guān)設(shè)置產(chǎn)品通訊地址和波特率。產(chǎn)品符合JB/T10388-2002《帶總線通信功能的智能測控節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品通用技術(shù)條件》、GB/T7261-2000《繼電器及裝置基本試驗(yàn)方法》和GB/T13729-2002《遠(yuǎn)動終端設(shè)備》標(biāo)準(zhǔn)。

4          技術(shù)指標(biāo)  

產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)詳見表1

表1

5          應(yīng)用案例

6          結(jié)束語

ARTU-P32遙脈單元于2007年12月在國家繼電保護(hù)及自動化設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心測試，符合相關(guān)要求。該產(chǎn)品已在某油田供水供電公司、蘇州某稅務(wù)大廈、內(nèi)蒙某煤礦等工程配電監(jiān)控系統(tǒng)中得到應(yīng)用，降低了投資成本，產(chǎn)生了較好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]上海安科瑞電氣有限公司.ARTU四遙單元安裝使用說明書,200807版.

[2]任致遠(yuǎn)，周中.電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南,中國電力出版社，2007.

作者簡介：

于宏業(yè)（1959-），男，工程師，研究方向礦山電力設(shè)計(jì)。

任景瑞（-），男，工程師，研究方式

李海全（1980-），男，工程師， 研究領(lǐng)域?yàn)楣た禺a(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)。

：                   ：li_hai_quan@