基于CORTEX的STM32的三相电能表方案

(三)AD73360与STM32的接口

　　为了尽量少的占用CPU时间，需要使用STM32内部的硬件SPI和DMA单元实现数据传输，而STM32的内核根据DMA的传输结果来批量获取基础数据并启动数据处理程序。硬件连接关系如图4所示。

　　在STM32的硬件设置程序中，需要关闭SPI的所有中断，设置SPI为从模式，并选取一个DMA通道与之协同工作，自动将SPI从模式收到的数据保存在指定的内存地址。为了令AD73360正确采集数据，还必须根据使用要求配置AD73360的内部寄存器，令AD73360处于数据模式并主动向STM32发送采样数据。

　　三、主要电能参量的计算

　　AD73360是固定周期采集，我们使用的是150Hz或160Hz，即每周期采集150/160点，为此AD73360采用的时钟是6.000MHz或16.384MHz，系统中对AD73360的配置为DMCLK分频因子为2048。AD73360是差分采集，很方便进行过零点检测和直流分量调节，以保证信号幅度对称，从而减小系统误差。

　　电压测量(有效值)计算式：

　　式中：U-电压有效值，n-每周期采样点数， uk —电压采样值

　　电流测量(有效值)计算式：

　　式中：I-电流有效值，n-每周期采样点数， ik-电流采样值

　　在得到的电流电压有效值基础上计算出总功率S通过对时间积分的电流电压积得到有功功率P，无功功率Q是总功率S与有功功率P之差，功率因数是有功功率P与总功率S的比。

　　对于单器件和三相四线星形负载的有功功率和无功功率的计算汇总如下：

　　单元件有功功率计算式：

　　式中： P-单元件有功功率，n-每周期采样点数， uk-元件上电压采样值， ik-元件上电流采样值

　　单元件无功功率计算式：

　　式中：Q-单元件无功功率，n-每周期采样点数， uk-元件上电压采样值， ik-元件上电流采样值(90度移相后)

　　三相四线三元件有功功率计算式： PΣ=Pu+Pv+Pw

　　式中： PΣ-三相有功功率，Pk -(k=u,v,w)各相有功功率

　　三相四线三元件无功功率计算式： QΣ=Qu+Qv+Qw

　　式中： QΣ-三相无功功率，Qk -(k=u,v,w) 各相无功功率

四、非线性失真的补偿与修正

　　电信号采集过程中可能存在的电磁元件会造成采集信号和实际信号之间的相位失真以及线性失真。为了补偿和修正这些失真带来的误差，还需要使用分段矫正和补偿的方法。

　　线性度补偿参数和相位补偿参数的获取方法如下：

　　1、零偏校准：令所有通道输入为零，分别记录各通道零点位置。

　　2、电压校准：令所有电压通道输入值为标准电压值220V(RMS)，记录各相电压校准参数。

　　3、电流校准：令所有电流通道输入值为分界点电流，记录各通道小电流测量段校准参数。再令所有电流通道输入值为最大值，分别记录各通道大电流测量段的校准参数。

　　4、相移校准：分别令电流电压通道输入相位相差60度感性，并且电流通道的电流值处于相位补偿段的中间点，并根据有功电能误差来求取该补偿段的相位补偿参数。

　　5、求取的全部补偿参数存储在非易失存储器中。

　　五、电能表配合电路

　　实时时钟电路：Intersil的ISL12022M是内置时钟晶体的高可靠性全自动温度补偿RTC芯片。该RTC依靠工厂预校准，和全工业级温度范围的自动温补来保障电子产品全生命周期的计时精度，该RTC还具有电池状态监测、上电/掉电时间戳记录功能和内置数字温度传感器功能，更可以用在除电表外的综合电力终端设备中。

　　电压参考基准：Intersil的ISL21009系列是低噪声，高稳定度的精密电压基准，用于在AD73360内置基准的稳定度(50ppm)不够的情况下，为测量系统补充提供更高稳定度(5ppm)的参考电压。

　　电源管理电路：ON Semiconduction的NCP3063是低成本、高效率的DC/DC稳压器，它对外围电路要求简单，输入电压范围宽达40伏。而电能表往往工作在很宽的输入电压范围条件下，因此，NCP3063非常适合用在电能表工频变压器后面做5伏或3.3伏的直流稳压。

　　通信接口电路：Intersil的ISL3152E是全功能RS485接口芯片，该接口芯片拥有多项特别适合于电能表AMR系统的特性指标。其中包括，1/8标准负载驱动(256节点)，正负16.5千伏ESD保护，热插拔功能，20Mbps总线速率，支持星型拓扑网络等等。

　　结语

　　基于CORTEX的STM32的三相电能表方案在市场上已有一定的名声，所以这个方案已经成功的解决了当前存在的各种问题，对于市场也有了很高的竞争力，企业的选择也会趋向于这个廉价的，方便快捷的系统。