一种串口三相电能采集设备的研制

游小荣

摘 要：为了能通过串口采集电能参数，完成一种基于串口的三相电能采集设备的研制，设计了电能采集设备的硬件和软件部分。其中硬件采用MCU+专用电能计量芯片的结构，结构简单；软件则用于实现输入、输出、三相电能参数的采集和串行通信等功能。该电能采集模块通过串口与上位机相连，可定期向上位机发送地址、电压、电流等参数。经长时间运行测试，该三相电能采集设备运行稳定、功耗低，其精度可以满足用电监控的要求。

关键词：电能采集；ATT7022B；MSP430；串口

中图分类号：TM933.3 文献标志码：A 文章编号：2095-1302（2014）10-00-02

0 引 言

随着智能电网和物联网技术的快速发展，具备传输能力的电能采集设备将会呈现大规模市场需求。国内市场上电能采集的设备有很多，其硬件架构大致可分为三类：一种是基于通用芯片架构，一种是基于专用电能计量芯片架构，还有一种是MCU+专用电能计量芯片架构。

本文研制的三相电能采集设备基于MCU+专用电能计量芯片架构，采用MSP430 f149微处理器作为主控芯片，ATT7022B芯片负责采集三相电的电能参数。采集结果可通过液晶屏显示，还可通过串口发送至上位机。

1 系统设计

图1 系统结构组成图

图1所示为三相电能采集设备结构组成图。图中，ATT7022B芯片与三相电压互感器、三相电流互感器直接相连，负责采集电能参数，具体包括三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因素。MSP430作为主控芯片，不仅要处理键盘输入、液晶屏幕输出、串口读写、还要读取ATT7022B芯片采集到的数据。

2 硬件设计

2.1 微处理器电路

本文选用MSP430 f149作为主控芯片，负责处理输入、输出、串口读写、读取ATT7022B芯片采集的数据等功能。它与ATT7022B芯片的具体硬件连接如图2所示。

2.2 专用电能采集电路

ATT7022B芯片是一种专用电能计量芯片，支持三相电电压、电流模拟输入，其硬件连接图如图3所示。其中，V1N、V1P为A相电流输入，V3N、V3P为B相电流输入，V5N、V5P为C相电流输入，V7N、V7P为N相（零线）电流输入，V2N、V2P为A相电压输入，V4N、V4P为B相电压输入，V6N、V6P为C相电压输入，V8N、V8P为N相电压输入。

图3 ATT7022B芯片的外围硬件电路图

2.3 电压互感器输入电路

本电能采集设备支持三相电输入，加上零线共四根线输入。图4所示是其电路图，其中JU用于连接被测量的三相电以及零线。

图4 电压互感器硬件连接图

2.4 电流互感器电路

本电能采集设备可支持三相电以及零线共4路信号，4路信号穿过电流互感器，其电路图如图5所示，其中Ji用于连接电流互感器输出的两根线。

图5 电流互感器硬件连接图

3 软件设计

本文的三相电力采集设备的软件部分主要包括初始化（时钟、液晶屏、定时器、串口等）、使能各中断向量、中断服务处理（键盘输入、定时电能参数读取、串口输入输出）程序、LCD显示、软件校正。其中主程序为一个死循环程序，一但遇到中断，则处理中断服务程序，处理完成后返回主程序继续执行。

4 测 试

实验方案：经信号发生器产生被测信号，测量电路中的电压和电流，并与本文中的三相电力采集设备测量结果进行对比。其中，标准输入电压取120 V、140 V、180 V、200 V以及220 V，标准输入电流取1 A、2 A、3 A、4 A，经本电力采集设备测量后的结果如表1所列，其中Dmax为A、B、C三个误差绝对值中最大的除以输入电压。

表1 实验结果对比 电压（V） 电流（A）

输入 100 140 180 220 1 2 3 4

A相 100.153 140.112 180.117 220.139 1.004 2.003 3.005 4.008

B相 99.992 139.825 180.133 219.862 0.997 1.993 2.993 3.991

C相 99.995 140.056 180.026 220.043 1.007 1.997 2.996 4.006

Dmax

（%） 0.15 0.13 0.07 0.06 0.70 0.35 0.23 0.22

从表1可以看出，其测量误差均在0.2%以内，能够满足物联网用电数据采集的精度要求。

5 结 语

本文以MSP430 f149作为主控芯片，超过ATT7022B芯片采集电能各项参数，并可通过串口将电能各项参数送至上位机。经校正测试后发现，该电能采集设备具有精度高、结构简单以及成本低等优点。目前，该电能采集设备已经成功应用到校园用电监控系统中，运行状况良好。

参考文献

[1]朱琳. ATT7022B在电力参数测量中的应用[J]. 测控技术，2007，26（1）：9.

[2]吕小强. 基于ARM和ATT7022B 的智能电表系统[J]. 中国测试，2012，38（1）：94-95.

[3]张瑞占， 屈百达. 基于ATT7022B三相精确计量智能电能表设计[J]. 电子测量技术，2008， 31（9）：150-151.

[4]黄鹤松. 基于ATT7022B的多功能电能表系统的设计[J]. 电测与仪表，2011（48）：63-65.

[5] 崔娟. 基于ATT7022B高精度智能电表的设计[J].电子科技，2010，23（2）：46-47.

摘 要：为了能通过串口采集电能参数，完成一种基于串口的三相电能采集设备的研制，设计了电能采集设备的硬件和软件部分。其中硬件采用MCU+专用电能计量芯片的结构，结构简单；软件则用于实现输入、输出、三相电能参数的采集和串行通信等功能。该电能采集模块通过串口与上位机相连，可定期向上位机发送地址、电压、电流等参数。经长时间运行测试，该三相电能采集设备运行稳定、功耗低，其精度可以满足用电监控的要求。

关键词：电能采集；ATT7022B；MSP430；串口

中图分类号：TM933.3 文献标志码：A 文章编号：2095-1302（2014）10-00-02

0 引 言

随着智能电网和物联网技术的快速发展，具备传输能力的电能采集设备将会呈现大规模市场需求。国内市场上电能采集的设备有很多，其硬件架构大致可分为三类：一种是基于通用芯片架构，一种是基于专用电能计量芯片架构，还有一种是MCU+专用电能计量芯片架构。

本文研制的三相电能采集设备基于MCU+专用电能计量芯片架构，采用MSP430 f149微处理器作为主控芯片，ATT7022B芯片负责采集三相电的电能参数。采集结果可通过液晶屏显示，还可通过串口发送至上位机。

1 系统设计

图1 系统结构组成图

图1所示为三相电能采集设备结构组成图。图中，ATT7022B芯片与三相电压互感器、三相电流互感器直接相连，负责采集电能参数，具体包括三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因素。MSP430作为主控芯片，不仅要处理键盘输入、液晶屏幕输出、串口读写、还要读取ATT7022B芯片采集到的数据。

2 硬件设计

2.1 微处理器电路

本文选用MSP430 f149作为主控芯片，负责处理输入、输出、串口读写、读取ATT7022B芯片采集的数据等功能。它与ATT7022B芯片的具体硬件连接如图2所示。

2.2 专用电能采集电路

ATT7022B芯片是一种专用电能计量芯片，支持三相电电压、电流模拟输入，其硬件连接图如图3所示。其中，V1N、V1P为A相电流输入，V3N、V3P为B相电流输入，V5N、V5P为C相电流输入，V7N、V7P为N相（零线）电流输入，V2N、V2P为A相电压输入，V4N、V4P为B相电压输入，V6N、V6P为C相电压输入，V8N、V8P为N相电压输入。

图3 ATT7022B芯片的外围硬件电路图

2.3 电压互感器输入电路

本电能采集设备支持三相电输入，加上零线共四根线输入。图4所示是其电路图，其中JU用于连接被测量的三相电以及零线。

图4 电压互感器硬件连接图

2.4 电流互感器电路

本电能采集设备可支持三相电以及零线共4路信号，4路信号穿过电流互感器，其电路图如图5所示，其中Ji用于连接电流互感器输出的两根线。

图5 电流互感器硬件连接图

3 软件设计

本文的三相电力采集设备的软件部分主要包括初始化（时钟、液晶屏、定时器、串口等）、使能各中断向量、中断服务处理（键盘输入、定时电能参数读取、串口输入输出）程序、LCD显示、软件校正。其中主程序为一个死循环程序，一但遇到中断，则处理中断服务程序，处理完成后返回主程序继续执行。

4 测 试

实验方案：经信号发生器产生被测信号，测量电路中的电压和电流，并与本文中的三相电力采集设备测量结果进行对比。其中，标准输入电压取120 V、140 V、180 V、200 V以及220 V，标准输入电流取1 A、2 A、3 A、4 A，经本电力采集设备测量后的结果如表1所列，其中Dmax为A、B、C三个误差绝对值中最大的除以输入电压。

表1 实验结果对比 电压（V） 电流（A）

输入 100 140 180 220 1 2 3 4

A相 100.153 140.112 180.117 220.139 1.004 2.003 3.005 4.008

B相 99.992 139.825 180.133 219.862 0.997 1.993 2.993 3.991

C相 99.995 140.056 180.026 220.043 1.007 1.997 2.996 4.006

Dmax

（%） 0.15 0.13 0.07 0.06 0.70 0.35 0.23 0.22

从表1可以看出，其测量误差均在0.2%以内，能够满足物联网用电数据采集的精度要求。

5 结 语

本文以MSP430 f149作为主控芯片，超过ATT7022B芯片采集电能各项参数，并可通过串口将电能各项参数送至上位机。经校正测试后发现，该电能采集设备具有精度高、结构简单以及成本低等优点。目前，该电能采集设备已经成功应用到校园用电监控系统中，运行状况良好。

参考文献

[1]朱琳. ATT7022B在电力参数测量中的应用[J]. 测控技术，2007，26（1）：9.

[2]吕小强. 基于ARM和ATT7022B 的智能电表系统[J]. 中国测试，2012，38（1）：94-95.

[3]张瑞占， 屈百达. 基于ATT7022B三相精确计量智能电能表设计[J]. 电子测量技术，2008， 31（9）：150-151.

[4]黄鹤松. 基于ATT7022B的多功能电能表系统的设计[J]. 电测与仪表，2011（48）：63-65.

[5] 崔娟. 基于ATT7022B高精度智能电表的设计[J].电子科技，2010，23（2）：46-47.

摘 要：为了能通过串口采集电能参数，完成一种基于串口的三相电能采集设备的研制，设计了电能采集设备的硬件和软件部分。其中硬件采用MCU+专用电能计量芯片的结构，结构简单；软件则用于实现输入、输出、三相电能参数的采集和串行通信等功能。该电能采集模块通过串口与上位机相连，可定期向上位机发送地址、电压、电流等参数。经长时间运行测试，该三相电能采集设备运行稳定、功耗低，其精度可以满足用电监控的要求。

关键词：电能采集；ATT7022B；MSP430；串口

中图分类号：TM933.3 文献标志码：A 文章编号：2095-1302（2014）10-00-02

0 引 言

随着智能电网和物联网技术的快速发展，具备传输能力的电能采集设备将会呈现大规模市场需求。国内市场上电能采集的设备有很多，其硬件架构大致可分为三类：一种是基于通用芯片架构，一种是基于专用电能计量芯片架构，还有一种是MCU+专用电能计量芯片架构。

本文研制的三相电能采集设备基于MCU+专用电能计量芯片架构，采用MSP430 f149微处理器作为主控芯片，ATT7022B芯片负责采集三相电的电能参数。采集结果可通过液晶屏显示，还可通过串口发送至上位机。

1 系统设计

图1 系统结构组成图

图1所示为三相电能采集设备结构组成图。图中，ATT7022B芯片与三相电压互感器、三相电流互感器直接相连，负责采集电能参数，具体包括三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因素。MSP430作为主控芯片，不仅要处理键盘输入、液晶屏幕输出、串口读写、还要读取ATT7022B芯片采集到的数据。

2 硬件设计

2.1 微处理器电路

本文选用MSP430 f149作为主控芯片，负责处理输入、输出、串口读写、读取ATT7022B芯片采集的数据等功能。它与ATT7022B芯片的具体硬件连接如图2所示。

2.2 专用电能采集电路

ATT7022B芯片是一种专用电能计量芯片，支持三相电电压、电流模拟输入，其硬件连接图如图3所示。其中，V1N、V1P为A相电流输入，V3N、V3P为B相电流输入，V5N、V5P为C相电流输入，V7N、V7P为N相（零线）电流输入，V2N、V2P为A相电压输入，V4N、V4P为B相电压输入，V6N、V6P为C相电压输入，V8N、V8P为N相电压输入。

图3 ATT7022B芯片的外围硬件电路图

2.3 电压互感器输入电路

本电能采集设备支持三相电输入，加上零线共四根线输入。图4所示是其电路图，其中JU用于连接被测量的三相电以及零线。

图4 电压互感器硬件连接图

2.4 电流互感器电路

本电能采集设备可支持三相电以及零线共4路信号，4路信号穿过电流互感器，其电路图如图5所示，其中Ji用于连接电流互感器输出的两根线。

图5 电流互感器硬件连接图

3 软件设计

本文的三相电力采集设备的软件部分主要包括初始化（时钟、液晶屏、定时器、串口等）、使能各中断向量、中断服务处理（键盘输入、定时电能参数读取、串口输入输出）程序、LCD显示、软件校正。其中主程序为一个死循环程序，一但遇到中断，则处理中断服务程序，处理完成后返回主程序继续执行。

4 测 试

实验方案：经信号发生器产生被测信号，测量电路中的电压和电流，并与本文中的三相电力采集设备测量结果进行对比。其中，标准输入电压取120 V、140 V、180 V、200 V以及220 V，标准输入电流取1 A、2 A、3 A、4 A，经本电力采集设备测量后的结果如表1所列，其中Dmax为A、B、C三个误差绝对值中最大的除以输入电压。

表1 实验结果对比 电压（V） 电流（A）

输入 100 140 180 220 1 2 3 4

A相 100.153 140.112 180.117 220.139 1.004 2.003 3.005 4.008

B相 99.992 139.825 180.133 219.862 0.997 1.993 2.993 3.991

C相 99.995 140.056 180.026 220.043 1.007 1.997 2.996 4.006

Dmax

（%） 0.15 0.13 0.07 0.06 0.70 0.35 0.23 0.22

从表1可以看出，其测量误差均在0.2%以内，能够满足物联网用电数据采集的精度要求。

5 结 语

本文以MSP430 f149作为主控芯片，超过ATT7022B芯片采集电能各项参数，并可通过串口将电能各项参数送至上位机。经校正测试后发现，该电能采集设备具有精度高、结构简单以及成本低等优点。目前，该电能采集设备已经成功应用到校园用电监控系统中，运行状况良好。

参考文献

[1]朱琳. ATT7022B在电力参数测量中的应用[J]. 测控技术，2007，26（1）：9.

[2]吕小强. 基于ARM和ATT7022B 的智能电表系统[J]. 中国测试，2012，38（1）：94-95.

[3]张瑞占， 屈百达. 基于ATT7022B三相精确计量智能电能表设计[J]. 电子测量技术，2008， 31（9）：150-151.

[4]黄鹤松. 基于ATT7022B的多功能电能表系统的设计[J]. 电测与仪表，2011（48）：63-65.

[5] 崔娟. 基于ATT7022B高精度智能电表的设计[J].电子科技，2010，23（2）：46-47.