一种信号采集计量模块的制作方法

技术领域

本发明涉及电器领域，尤其涉及信号采集计量模块。

背景

伴随着我国工业化进程的前进步伐，工业及居民用电急剧增加，庞大的供电网络给用电管理单位带来了巨大挑战，也给居民工厂带来了诸多不便。为此我国在“十二五规划”中提出建设“智能电网”的解决方案，实现电网、计算机网、电信网三网融合。

早期的电能表是感应式机械电能表，该种表的计量准确性差，功耗大，计量宽度有限，使用寿命短，已不能适应用电客户的需求和电力企业改革发展的需求。随着电子工业的发展，电子式电能表是通过对用户供电电压和电流实时采样，采用专用的电能计量芯片，集成电路设计，是集电能计量、数据处理、远程通讯等功能于一体的智能化仪表，具备数据量的计算能力，快速响应能力以及精度高，实时性高等特点，其设计无论对于供电方还是用电方都能带来良好的经济效益。在电子式电能表中，尤其是智能电表中，信号采集计量模块是核心的单元。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题在于提供一种精准高效，计量功能多的信号采集计量模块。

为解决上述问题，本发明采用了如下技术方案：

一种信号采集计量模块，用于智能电表中的信号采集及电能计量，包括计量芯片及外围硬件电路，所述计量芯片为ATT7022C三相电能计量芯片，所述外围硬件电路包括电源、电压输入单元、电流输入单元、脉冲输出单元及SPI通讯接口电路；其中，所述电源用于给计量芯片供电，所述电压输入单元的一端连接交流线路，另一端连接计量芯片，所述电流输入单元串接于交流线路中，并连接所述计量芯片，所述脉冲输出单元连接ATT7022C芯片的CFl、CF2、CF3、CF4脚，所述SPI通讯接口电路的通讯接口线连接ATT7022C芯片的CS、SCLK、DIN、DOUT脚。

优选的，所述电压输入单元采用电阻分压式电路，包括电阻R1-R3及电容C1、C2；所述电阻R1一端连接输入端火线，另一端连接电阻R2、电容C1的一端及输出端，所述电阻R2的另一端接偏置电压REFO，电容C1的另一端连接输入端零线并接地，电阻R3的一端接偏置电压REFO，另一端连接C2的一端及输出端，电容C2的另一端接地。

优选的，所述电流输入单元采用差分输入电路，包括变压器T1，电阻R4-R7及电容C3、C4；所述变压器T1的输入端连接输入端火线和零线，输出端分别连接电阻R4和R6的一端，电阻R4的另一端连接电阻R5、电容C3的一端及输出端，电阻R5的另一端接偏置电压REFO；电阻R6的另一端连接电容C4、电阻R7的一端及输出端，电容C4的另一端连接电容C3的另一端并接地，电阻R7的另一端接偏置电压REFO。

进一步的，所述脉冲输出单元连接ATT7022C芯片的CFl、CF2、CF3、CF4脚，输出用于校表的电能脉冲信号，其中，CFl脚输出有功能量脉冲，CF2脚输出无功能量脉冲；设置ATT7022C芯片的控制寄存器选择基波表模式时，CF3脚输出基波有功脉冲，CF4脚输出基波无功脉冲，选择谐波表模式时，CF3脚输出谐波有功脉冲，CF4脚输出谐波无功脉冲。

优选的，所述SPI通讯接口的信号线上串联有一个电阻，且在信号输入端设有一个去耦电容。

进一步的，所述电源包括电池、电源管理单元及直流/交流变换单元。

本发明的信号采集计量模块，选择ATT7022C三相电能计量芯片作为信号采集计量模块的核心器件，其芯片封装为44引脚QFP形式，由于它内部集成了七路二阶sigma—deltaADC，其中三路用于三相电压采样，三路用于三相电流采样，还有一路用于零线电流或其他防窃电参数的采样，使用起来十分方便。其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之间进行计量参数以及校表参数的传递。

本发明的信号采集计量模块，具有采集功能多、计量精度高、防窃电的优点。用于电量的采集测量时，拥有强大的数据处理运算、存储与输出能力，并可通过串口和SPI总线与外设连接，使采用该模块的电能表自身功耗大为降低，且内部提供软件校表，大大降低了人力资源成本。

附图说明

图1为本发明的信号采集计量模块一个实施例的结构示意图；

图2为图1实施例中ATT7022C三相电能计量芯片的外围电路图；

图3为图1实施例中电压输入单元的电路图；

图4为图1实施例中电流输入单元的电路图。

具体实施例

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

结合附图和实施例，对本发明进行进一步说明。

如图1-4所示，在本发明的一个实施例中，一种信号采集计量模块，用于智能电表中的信号采集及电能计量，包括计量芯片及外围硬件电路，所述计量芯片为ATT7022C三相电能计量芯片，所述外围硬件电路包括电源、电压输入单元、电流输入单元、脉冲输出单元及SPI通讯接口电路。

如图3所示，电压输入单元采用电阻分压式电路，包括电阻R1-R3及电容C1、C2；其中，电阻R1一端连接输入端火线，另一端连接电阻R2、电容C1的一端及输出端，所述电阻R2的另一端接偏置电压REFO，电容C1的另一端连接输入端零线并接地，电阻R3的一端接偏置电压REFO，另一端连接C2的一端及输出端，电容C2的另一端接地。

如图4所示，所述电流输入单元采用差分输入电路，包括变压器T1，电阻R4-R7及电容C3、C4；所述变压器T1的输入端连接输入端火线和零线，输出端分别连接电阻R4和R6的一端，电阻R4的另一端连接电阻R5、电容C3的一端及输出端，电阻R5的另一端接偏置电压REFO；电阻R6的另一端连接电容C4、电阻R7的一端及输出端，电容C4的另一端连接电容C3的另一端并接地，电阻R7的另一端接偏置电压REFO。

本实施例中，上述偏置电压REFO设为2.4V。

电能脉冲输出信号主要用于校表，CFl为输出有功能量脉冲，CF2为输出无功能量脉冲。而通过对ATT7022C控制寄存器的设置，选择基波表模式时，CF3为输出基波有功脉冲，CF4为输出基波无功脉冲，选择谐波表模式时，CF3为输出谐波有功脉冲，CF4为输出谐波无功脉冲。

同时，ATT7022C与外设MCU之间有6条连接线，其中4条是SPI通讯接口线CS、SCLK、DIN、DOUT，一条ATT7022C的复位控制线，一条握手信号线SIG。虽然ATT7022C本身SPI读写有很完善的校验手段，但还更需要加强信号线的抗干扰能力，因此在设计中SPI通讯接口连线应尽可能的短些，为使SPI传输信号不受到干扰应在周围用地线包起来。为消除接收信号的高频干扰，可在SPI信号线上串联一个l0Q电阻，并在信号输入端加一个去耦电容，这可近似构成一个低通滤波器，去耦电容可适当选大些，以增强抗干扰能力。

综合考虑设计的各种要求，ATT7022C外围硬件电路如图2所示。

最后，电源包括电池、电源管理单元及直流/交流变换单元，具有良好的稳定性及电磁兼容性。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。