ATT7022B在路灯智能控制器中的应用

2011-06-12王保录宋春宁周晓华宋云鹏

网络安全技术与应用 2011年4期

王保录宋春宁周晓华宋云鹏

广西大学电气工程学院广西 530004

0 引言

传统的路灯控制器只能实现简单的人工控制或定时开关，存在人力物力耗费大、难以集中管理、浪费电能、故障排除效率低等缺点。因此使用自动化程度高、运行可靠、高效节能、维护方便的城市路灯控制器成为了路灯控制和管理的发展趋势。

新型的路灯控制器是城市路灯监控系统的核心部分，控制器不仅要实现路灯开关控制、GPRS远程通信等功能，还要实现路灯线路中的参数采集和故障监测。本文采用ATT7022B电能计量芯片设计了路灯的交流电参数采集电路，完成路灯的电流、电压、功率和总用电量等参数采集，为路灯监控管理部门提供精确可靠的数据，实现路灯线路运行状况的有效监控，达到路灯节能和提高故障处理效率的目的。

1 硬件结构

1.1 芯片简介

ATT7022B是一高精度三相电能专用计量芯片，适用于三相三线和三相四线应用。内部集成了六路二阶Sigma-delta ADC、参考电压电流以及所有功率、能量、有效值、功率因数的数字信号处理等电路。能够测量各相电流、电压有效值、有功功率、功率因数、频率等参数；支持全数字域的增益、相位校正，即可实现纯软件校表。

ATT7022B提供一个SPI接口，方便与外部MCU之间进行计量参数以及校表参数的传递。

芯片主要特性如下：

（1）高精度，再输入动态工作范围(1000:1)内，非线性测量误差小于0.1%；

（2）提供有功、无功、视在校表脉冲输出；

（3）提供基波有功、基波无功校表脉冲输出；

（4）提供电压和电流有效值参数，有效值精度优于0.5%；

（5）具有SPI接口，方便和外部MCU通讯。

1.2 路灯控制器原理

智能路灯控制器主要由ARM处理器、电参数采集电路、CPLD电路、GPRS通信电路、LCD显示电路及开关驱动电路等部分组成，原理图如图1所示。

图1 智能路灯控制器原理图

1.3 ATT7022B的外围电路

针对ATT7022B的外围电路的设计是路灯控制器电路中十分重要的一部分；ATT7022B对模拟输入通道送来的电压、电流信号进行AD转换及DSP处理后将结果保存在相应的内部寄存器中。这些处理结果都可以通过ATT7022B的SPI口输出给ARM处理器；在本设计中，利用S3C44B0X的普通I/O引脚来实现SPI接口功能(如图2所示)。

图2 ATT7022B外围电路

2 电参数采集

电参数采集主要包括两大部分：一部分是SPI通讯，另一部分是软件校表。

2.1 SPI通讯

ATT7022B内部集成了SPI串行通讯接口，SPI接口采用从属方式工作，使用两条控制线和两条数据线：CS、SCLK、DI和DOUT。

2.1.1 SPI读操作工作过程

ATT7022B的计量参数以及校表参数寄存器是通过 SPI提供给外部MCU。通过SPI写入1个8 Bits的命令之后，需要一个等待时间，然后才能通过SPI读取24 Bits的数据，工作流程如图3所示。

图3 SPI读操作流程

2.1.2 SPI写操作

SPI写操作和读操作类似，区别在于S3C44B0X发送写入一个8 Bits的命令字之后，不需等待就可以从DIN口发送24 Bits的数据。

2.2 校表方法

ATT7022B上电复位后，校表寄存器的初始数据为默认值，此时读出的计量参数值和实际参数值不符，因而需要对校表寄存器进行相应的设置，以将测量值减小到误差范围之内。校表可按高频输出参数设置、比差补偿区域设置、角差补偿区域设置、功率增益校正、相位校正、电压校正、电流校正的先后顺序进行。本文以功率增益的校正为例说明ATT7022B的校表方法。

在功率因数cos()1Φ=时进行功率增益校正。如果设定寄存器Iregchg不为0，则必须分在I＞Irechg以及I＜Irechg处进行校正。其中I＞Irechg校正的为Pgain0，而I＜Irechg处校正的为Pgain1，如果设定寄存器Iregchg为0，即比差补偿部分区域进行，则只需要在 100%Ib处进行一次校正，然后将校正系数同时写到Pgain0和Pgain1中。

功率增益校正的计算方法如下：

（1）误差err：可以从标准表上直接读出，也可以按下式计算得到；