基于芯片 ATT7022B的多功能智能电力监测仪1 系统总体结构和功能说明整个系统分为两大模块，电能计量模块，电能数据处理及通讯模块电能计量模块通过电能计量专用芯片采集电压电流信号，实时测量系统的频率、三相电压和电流有效值、 有功功率、无功功率、视在功率、功率因数等数据 然后，将采集到的数据通过专用数据总线传送到电能数据处理模块 电能数据处理模块将电能数据处理后存储到外部存储器芯片中， 同时可以在液晶上实时显示电能数据本系统提供两种备用通讯方式： RS485和 RS232 ，实现与计算机或其它装置相连，以便进行数据的接收或发送本方案的硬件结构图如图1 所示2 系统硬件电路设计2.1 电能计量电路设计电能计量模块的核心采用了深圳炬力公司的ATT7022B电能计量专用芯片它是一款精度高且功能强的多功能基波谐波三相电能专用计量芯片，它集成了七路二阶sigma-delta ADC ，其中三路用于三相电压采样，三路用于电流采样， 还有一路可用于零线电流或其他防窃电参数的采样，输出采样数据和有效值 该芯片适用于三相三线和三相四线应用它能够测量各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量以及无功能量，同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、频率等参数，充分满足本监测仪的需求。
该芯片还集成了参考电压电路以及所有包括基波、 谐波和全波的各项电参数测量的数字信号处理电路，内部的电压监测电路可以保证加电和断电时正常工作，提供一个 SPI接口，方便与外部MCU 之间进行计量参数的传递支持全数字域的增益、相位校正，即纯软件校表而且此芯片价格较为低廉，在满足设计要求的同时可以较大程度的降低仪表的生产成本电能计量电路图如图2 所示：图 2 中介绍了 A相电路的接法， B相和 C相的电路与 !相的电路相同2.2 时钟电路设计由于要在显示屏中显示出精确的年、月、日、星期、时、分、秒，因此在系统中我们采用了INTERSIL< 公司的时钟芯片ISL1208 ISL1208是低功耗实时时钟，带定时与晶体补偿、时钟/日历、智能后备电池切换和后备电池供电的用户SRAM 当停电时，后备电池将保证时钟芯片能够继续精确计时直至供电回复ILS1208具有 12C串行总线接口，数据传输速率可达400KHz ，通过它可以访问控制与状态寄存器及用户SRAM 这个 12C串行接口可以与其它使用双向数据信号 (SDA) 和时钟信号 (SCL) 的工业 12C 串行总线协议兼容在 SDA线上的数据只有当SCL 为低时才能改变状态，当SCL为高时 SDA状态的改变被当作“开始”和“停止”条件。
振荡器采用外部、低成本、32.768K的晶体，为ISL1208实时时钟提供一个基准时间 但是振荡电路在 32.768KHz的低频下工作可以非常容易地拾取噪声，对 RTC电路进行仔细地布线可以避免噪声拾取并确保精度布线电路如图3 所示：实时时钟用独立的时、分、 秒寄存器跟踪时间，并且还带有日历寄存器用于存储日、月、年和星期日历精确到2099 年，具有闰年自动修正功能2.4 备用通讯模块设计本设计中采用了两种备用通讯方式，分别是：RS-485和 RS-232 RS485和 RS232的接口芯片分别是TI 公司的 SN75176 和 MAXIM 公司的MAX3232E 在需要时， MCU 可以通过 RS-485和 RS-232与上位机进行数据交换，以实现监测点信息实时监控等功能2.5 显示模块设计显示模块是由触摸屏和液晶显示器组成的触摸屏控制液晶显示触摸屏控制芯片为 TI公司生产的 ADS7843 ， 液晶显示控制器为清达光电技术有限公司生产的QD-13液晶控制板ADS7843是 4 线电阻触摸屏转换接口芯片 它是一款低功耗、高速率，且具有同步串行接口的12 位取样模数转换器 在 125KHz吞吐速率和2.7V 电压下的功耗为750Uw，而在关闭模式下的功耗仅为5uW。
ADS7843采用 SSOP-16 引脚封装形式，温度范围是 -40~+85℃ ADS7843具有两个辅助输入（ IN3、IN4） ，可设置为 8 位或 12 位模式该电路的工作电压 Vcc为+5V，基准电压 Vref 为 Vcc该电路的基准电压确定了转换器的输入范围， 输出数据中每个数字位代表的模拟电压等于基准电压除以4096平均输入电流由ADS7843的转换率来确定其外部连接电路图如图4 所示QD-13是专门针对分辨率为320*234 的 5.6 英寸模拟屏而设计的液晶显示控制模块，能实现256 色提供一个高速的8 位总线接口 (I/O 口命令方式 )，可以直接与 MCS51以及 DSP相连直接输入 X、Y坐标，无须计算地址读写操作时地址自动加1无须初始化，使用方便提供快速清屏、 8 点写功能触摸屏提供一个智能化的人机界面，它不仅能够循环显示监测仪测量参数，也使校表简单、方便在触摸屏中设置多级菜单，其中校表菜单的子菜单下设有电压、电流、功率、相位校正等按键如!相电压校正，在触摸显示屏上会显示出 “请输入 A 相校准电压：” ，然后通过校表装置输入一个标准电压，输入电压后点“下一步”按钮，软件校表程序自动进行校表计算，并将校正数据存储到ATT7022B的校表寄存器中，同时触摸屏显示“请输入 A相校准电流：” 进行!相电流校正，方法与电压校正相同。
A、B、C三相所有需要校正的数据均用上述方法校正，当所有数据都校正完成后， 点“完成”按钮，校表即可完成因此，在进行软件校表时， 监测仪不需要与上位机通信，只与校表装置连接即可校表，这样大大简化了校表程序3 软件校表ATT7022B支持全数字校表，即软件校表经过校正的仪表，有功精度可高达 0.5 级，无功精度为 2 级功率校正主要分比差校正和角差校正两部分 比差校正主要是对互感器的比差进行修正互感器比差的非线性在高精度计量时也是不可忽视的ATT7022B可以将比差进行分段补偿 同比差修正类似， 角差修正也采用分段修正 ATT7022B最多可以提供五个角差补偿区域 为了正确读取各项参数寄存器的数值，必须在读取前对校表寄存器进行设置4 软件设计该智能电力监测仪软件设计采用C语言，用结构化程序编程， 可使各功能程序模块化软件程序主要为主控芯片C8051F020对各个模块的协调管理，包括触摸屏中按键的定位部分、数据处理模块、LCD显示模块、触摸屏模块、外部存储器模块、 实时时钟模块和软件校表模块软件系统主程序流程图如图5 所示5 结束语本方案采用专用计量芯片ATT7022B 和 C8051F020 设计的电力监测仪，具有精度高、实时性能好等优点，并且，采用触摸屏进行测量参数的显示，使人机界面更加智能化；同时预留LED显示接口，方便用大屏幕进行显示；预留了RS-485和 RS-232两种通讯方式，方便监测仪的扩展； 尤其是采用与触摸屏结合的自动校表，极大地简化了校表程序，提高了校表效率。
本检测仪目前已投入使用，且性能良好。