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介绍一款基于8位单片机ATmega128为主控芯片，具有接收32路脉冲信号输入的ARTU-P32型遥脉单元设计原理，以及该产品主要技术指标与应用案例。
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<P align=right>1 于宏业 2 任景瑞 3李海全 </P> <P align=right>（1长春黄金设计院，吉林 长春 130012 </P> <P align=right>3．江苏安科瑞电器制造有限公司，江苏 江阴 214405） </P> <P> <STRONG>摘 要：</STRONG>介绍一款基于8位单片机ATmega128为主控芯片，具有接收32路脉冲信号输入的ARTU-P32型遥脉单元设计原理，以及该产品主要技术指标与应用案例。 </P> <P> <STRONG>0 引言 </STRONG></P> <P> 随着国家机关大楼、大型公共建筑能耗计量考核规范的推出，主要电气干线加装电能计量装置已成为设计、审图和竣工验收的内容之一，有条件的省市还要建立能耗监测系统。 </P> <P> 但已建楼宇主要电气干线上一般安装的往往是壁挂式机械电能表，不带RS485通讯接口，拆除重装智能表既造成浪费，又增加成本。本文介绍一款具有32路遥脉接点输入的ARTU-P32，该装置可接受32路有源或无源电能脉冲信号，把各路脉冲分别进行累加计数，再经通讯实现和上位机监控系统的数据交换，既不浪费原有电表，又实现电能集中抄表，减少人工抄表成本，提高管理效率。 </P> <P> <STRONG>1 电路设计原理 </STRONG></P> <P> ARTU-P32遥脉单元硬件电路包括，主CPU芯片、拨码开关设定输入、实时时钟、双路RS485通讯、脉冲计数存储、电源管理及看门狗控制、光电隔离输入采集、供电电源模块等8部分组成。（见图1） </P> <P align=center><IMG alt="" src="http://www.acrel.cn/cn/download/common/upload/2011/02/25/9396pp.jpg"></P> <P align=center>图1 电路结构 </P> <P> <STRONG>1.1 主控CPU </STRONG></P> <P> 32路开关量信号采集单元（ARTU-P32）设计采用ATMEL公司的ATmega128,单芯片实现双路RS485通讯、数据处理、脉冲记录存取，显示状态控制等。ATmega128是ATMEL公司推出的一款8位RISC结构高速低功耗单片机，在16M时钟频率时系统性能可达16MIPS，内带128k的Flash、4k的EEPROM、4k系统SRAM；可扩展64k外部存储器；两路UART通讯口。同时该芯片拥有JTAG在线编程口，方便用户调试，降低了开发成本，53个可编程I/O口可以挂接足够多的外围设备。 </P> <P> <STRONG>1.2 拨码开关设定输入 </STRONG></P> <P> 拨码开关提供用户一个简化的人机接口，用于设定RS485通讯中的地址、波特率、数据格式等设定功能，拨码开关（SW1）的10位数据口都接10k电阻上拉到Vcc，电路使用一个74HC244（IC5）数据缓冲器，把拨码开关的状态传送到8位数据总线，剩余两根数据线则直接接到CPU的I/O端口。（见图2） </P> <P align=center><IMG style="WIDTH: 491px; HEIGHT: 398px" alt="" src="http://www.acrel.cn/cn/download/common/upload/2011/02/25/93920pf.jpg" width=533 height=411></P> <P align=center>图2 拨码开关设定输入电路 </P> <P> <STRONG>1.3 实时时钟 </STRONG></P> <P> 实时时钟芯片RX-8025A（IC4）提供给系统当前时间数据，该芯片拥有400kHz 串行IIC总线接口，其内置的32.768 kHz 石英振荡器，提供宽温、高稳定性的实时时间数据。 </P> <P> <STRONG>1.4 通讯方式 </STRONG></P> <P> 通讯方式采用双路RS485方式，调试及设定和上位机通讯部分在物理上分成两路，互不干扰，有效防止可能存在的误操作。（见图3） </P> <P align=center><IMG style="WIDTH: 460px; HEIGHT: 311px" alt="" src="http://www.acrel.cn/cn/download/common/upload/2011/02/25/93930ie.jpg" width=548 height=333></P> <P align=center>图3 双路RS485通讯电路 </P> <P> <STRONG>1.5 脉冲计数存储 </STRONG></P> <P> 脉冲计数存储器使用32k低功耗SRAM（IC3）IC61C256AH和后备电源形成一个断电不丢失的数据存储单元，使用数据锁存器74HC373（IC2）和CPU的PC端口组成15位数据地址对IC3进行数据存储操作。（见图4） </P> <P align=center><IMG alt="" src="http://www.acrel.cn/cn/download/common/upload/2011/02/25/93942lf.jpg"></P> <P align=center>图4 脉冲计数存储电路 </P> <P> <STRONG>1.6 看门狗控制 </STRONG></P> <P> 掉电自动保存部分使用MAX691CWE（IC8）作为电源管理，在系统有辅助供电的情况下保证IC3由主电源Vcc供电，当主电源掉电时则自动切换到后备电池供电方式。同时此芯片还兼有看门狗功能，在系统死机的极端情况下及时复位CPU，使系统快速恢复至受控状态。（见图5） {$page$}</P> <P align=center><IMG alt="" src="http://www.acrel.cn/cn/download/common/upload/2011/02/25/9486e5.jpg"></P> <P align=center>图5 看门狗电路 </P> <P> <STRONG>1.7 光电隔离的输入信号状态采集 </STRONG></P> <P> 外部开关信号采集使用光耦（IC1，IC2只画出其中四路）作电器隔离，光耦输出端使用一个数据缓冲器74HC244（IC9）对光耦输出信号进行缓冲后传送到CPU的数据总线供CPU读取。（见图6） </P> <P align=center><IMG alt="" src="http://www.acrel.cn/cn/download/common/upload/2011/02/25/94815l6.jpg"></P> <P align=center>图6 信号状态采集 </P> <P> <STRONG>1.8 电源部分 </STRONG></P> <P> 电源模块采用PI公司的开关电源芯片，输入范围为AC/DC 80-270V，电源共有3路输出，分别给CPU，12V电源输出、通讯等部分电路提供电源。 </P> <P> <STRONG>2 软件设计 </STRONG></P> <P> 软件流程见图7 </P> <P align=center><IMG alt="" src="http://www.acrel.cn/cn/download/common/upload/2011/02/21/165059gp.jpg"></P> <P align=center>图7 软件流程图 </P> <P> <STRONG>3 产品特点 </STRONG></P> <P> ARTU-P32采用DIN35mm导轨安装。前端带通信指示和信号运行通道指示2组指示灯，32个通道扫描一周仅需时间为1ms，每个输入通道可以最大计数到4294967296，同时带GPS校时功能,可实现电能计数的冻结、解冻等功能，在外部电源掉电后可以保证脉冲数据记录一个月内不丢失。通信有两路RS485接口，一路用于通用参数的设置及调试，另一路用于和上位机通讯。产品顶端设有拨码开关窗口，可通过拨码开关设置产品通讯地址和波特率。产品符合JB/T10388-2002《带总线通信功能的智能测控节点产品通用技术条件》、GB/T7261-2000《继电器及装置基本试验方法》和GB/T13729-2002《远动终端设备》标准。 </P> <P> <STRONG>4 技术指标 </STRONG></P> <P> 产品主要技术指标详见表1 </P> <P> 表1 </P> <DIV align=center> <TABLE style="BORDER-BOTTOM: medium none; BORDER-LEFT: medium none; WIDTH: 435.5pt; BORDER-COLLAPSE: collapse; BORDER-TOP: medium none; BORDER-RIGHT: medium none" border=1 cellSpacing=0 cellPadding=0 width=581> <TBODY> <TR style="HEIGHT: 14.2pt"> <TD style="BORDER-BOTTOM: black 1pt solid; BORDER-LEFT: black 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 0cm; BACKGROUND-COLOR: transparent; PADDING-LEFT: 5.4pt; WIDTH: 138.5pt; PADDING-RIGHT: 5.4pt; HEIGHT: 14.2pt; BORDER-TOP: black 1pt solid; BORDER-RIGHT: black 1pt solid; PADDING-TOP: 0cm" width=185> <DIV style="LAYOUT-GRID-MODE: char" align=center><SPAN style="FONT-SIZE: 12pt">项 目</SPAN></DIV></TD> <TD style="BORDER-BOTTOM: black 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 0cm; BACKGROUND-COLOR: transparent; PADDING-LEFT: 5.4pt; WIDTH: 297pt; PADDING-RIGHT: 5.4pt; HEIGHT: 14.2pt; BORDER-LEFT-COLOR: #ffffff; BORDER-TOP: black 1pt solid; BORDER-RIGHT: black 1pt solid; PADDING-TOP: 0cm" width=396> <DIV style="LAYOUT-GRID-MODE: char" align=center><SPAN style="FONT-SIZE: 12pt">指<SPAN> </SPAN>标</SPAN></DIV></TD></TR> <TR style="HEIGHT: 14.2pt"> <TD style="BORDER-BOTTOM: black 1pt solid; BORDER-LEFT: black 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 0cm; BACKGROUND-COLOR: transparent; BORDER-TOP-COLOR: #ffffff; PADDING-LEFT: 5.4pt; WIDTH: 138.5pt; PADDING-RIGHT: 5.4pt; HEIGHT: 14.2pt; BORDER-RIGHT: black 1pt solid; PADDING-TOP: 0cm" width=185> <DIV style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 1.1pt; LAYOUT-GRID-MODE: char" align=center><SPAN style="FONT-SIZE: 12pt">输入回路/方式</SPAN></DIV></TD> <TD style="BORDER-BOTTOM: black 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 0cm; BACKGROUND-COLOR: transparent; BORDER-TOP-COLOR: #ffffff; PADDING-LEFT: 5.4pt; WIDTH: 297pt; PADDING-RIGHT: 5.4pt; HEIGHT: 14.2pt; BORDER-LEFT-COLOR: #ffffff; BORDER-RIGHT: black 1pt solid; PADDING-TOP: 0cm" width=396> <DIV style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 1.1pt; LAYOUT-GRID-MODE: char" align=center><SPAN style="FONT-SIZE: 12pt">32</SPAN><SPAN style="FONT-SIZE: 12pt">路有源湿接点或无源干接点</SPAN></DIV></TD></TR> <TR style="HEIGHT: 17.75pt"> <TD style="BORDER-BOTTOM: black 1pt solid; BORDER-LEFT: black 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 0cm; BACKGROUND-COLOR: transparent; BORDER-TOP-COLOR: #ffffff; PADDING-LEFT: 5.4pt; WIDTH: 138.5pt; PADDING-RIGHT: 5.4pt; HEIGHT: 17.75pt; BORDER-RIGHT: black 1pt solid; PADDING-TOP: 0cm" width=185> <DIV style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 1.1pt; LAYOUT-GRID-MODE: char" align=center><SPAN style="FONT-SIZE: 12pt">总线方式</SPAN></DIV></TD> <TD style="BORDER-BOTTOM: black 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 0cm; BACKGROUND-COLOR: transparent; BORDER-TOP-COLOR: #ffffff; PADDING-LEFT: 5.4pt; WIDTH: 297pt; PADDING-RIGHT: 5.4pt; HEIGHT: 17.75pt; BORDER-LEFT-COLOR: #ffffff; BORDER-RIGHT: black 1pt solid; PADDING-TOP: 0cm" width=396> <DIV style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 1.1pt; LAYOUT-GRID-MODE: char" align=center><SPAN style="FONT-SIZE: 12pt">二线制半双工RS485，ModBus—RTU协议</SPAN></DIV></TD></TR> <TR style="HEIGHT: 14.2pt"> <TD style="BORDER-BOTTOM: black 1pt solid; BORDER-LEFT: black 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 0cm; BACKGROUND-COLOR: transparent; BORDER-TOP-COLOR: #ffffff; PADDING-LEFT: 5.4pt; WIDTH: 138.5pt; PADDING-RIGHT: 5.4pt; HEIGHT: 14.2pt; BORDER-RIGHT: black 1pt solid; PADDING-TOP: 0cm" width=185> <DIV style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 1.1pt; LAYOUT-GRID-MODE: char" align=center><SPAN style="FONT-SIZE: 12pt">总线容量</SPAN></DIV></TD> <TD style="BORDER-BOTTOM: black 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 0cm; BACKGROUND-COLOR: transparent; BORDER-TOP-COLOR: #ffffff; PADDING-LEFT: 5.4pt; WIDTH: 297pt; PADDING-RIGHT: 5.4pt; HEIGHT: 14.2pt; BORDER-LEFT-COLOR: #ffffff; BORDER-RIGHT: black 1pt solid; PADDING-TOP: 0cm" width=396> <DIV style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 1.1pt; LAYOUT-GRID-MODE: char" align=center><SPAN style="FONT-SIZE: 12pt">≤32</SPAN></DIV></TD></TR> <TR style="HEIGHT: 18.85pt"> <TD style="BORDER-BOTTOM: black 1pt solid; BORDER-LEFT: black 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 0cm; BACKGROUND-COLOR: transparent; BORDER-TOP-COLOR: #ffffff; PADDING-LEFT: 5.4pt; WIDTH: 138.5pt; PADDING-RIGHT: 5.4pt; HEIGHT: 18.85pt; BORDER-RIGHT: black 1pt solid; PADDING-TOP: 0cm" width=185> <DIV style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 1.1pt; LAYOUT-GRID-MODE: char" align=center><SPAN style="FONT-SIZE: 12pt">脉冲宽度</SPAN></DIV></TD> <TD style="BORDER-BOTTOM: black 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 0cm; BACKGROUND-COLOR: transparent; BORDER-TOP-COLOR: #ffffff; PADDING-LEFT: 5.4pt; WIDTH: 297pt; PADDING-RIGHT: 5.4pt; HEIGHT: 18.85pt; BORDER-LEFT-COLOR: #ffffff; BORDER-RIGHT: black 1pt solid; PADDING-TOP: 0cm" width=396> <DIV style="LAYOUT-GRID-MODE: char" align=center><SPAN style="FONT-SIZE: 12pt">≥10ms</SPAN></DIV></TD></TR> <TR style="HEIGHT: 17.6pt"> <TD style="BORDER-BOTTOM: black 1pt solid; BORDER-LEFT: black 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 0cm; BACKGROUND-COLOR: transparent; BORDER-TOP-COLOR: #ffffff; PADDING-LEFT: 5.4pt; WIDTH: 138.5pt; PADDING-RIGHT: 5.4pt; HEIGHT: 17.6pt; BORDER-RIGHT: black 1pt solid; PADDING-TOP: 0cm" width=185> <DIV style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 1.1pt; LAYOUT-GRID-MODE: char" align=center><SPAN style="FONT-SIZE: 12pt">累积脉冲数（MAX）</SPAN></DIV></TD> <TD style="BORDER-BOTTOM: black 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 0cm; BACKGROUND-COLOR: transparent; BORDER-TOP-COLOR: #ffffff; PADDING-LEFT: 5.4pt; WIDTH: 297pt; PADDING-RIGHT: 5.4pt; HEIGHT: 17.6pt; BORDER-LEFT-COLOR: #ffffff; BORDER-RIGHT: black 1pt solid; PADDING-TOP: 0cm" width=396> <DIV style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 1.1pt; LAYOUT-GRID-MODE: char" align=center><SPAN style="FONT-SIZE: 12pt">4294967296</SPAN><SPAN style="FONT-SIZE: 12pt">（四字节）</SPAN></DIV></TD></TR> <TR style="HEIGHT: 17.6pt"> <TD style="BORDER-BOTTOM: black 1pt solid; BORDER-LEFT: black 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 0cm; BACKGROUND-COLOR: transparent; BORDER-TOP-COLOR: #ffffff; PADDING-LEFT: 5.4pt; WIDTH: 138.5pt; PADDING-RIGHT: 5.4pt; HEIGHT: 17.6pt; BORDER-RIGHT: black 1pt solid; PADDING-TOP: 0cm" width=185> <DIV style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 1.1pt; LAYOUT-GRID-MODE: char" align=center><SPAN style="FONT-SIZE: 12pt">外壳防护等级</SPAN></DIV></TD> <TD style="BORDER-BOTTOM: black 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 0cm; BACKGROUND-COLOR: transparent; BORDER-TOP-COLOR: #ffffff; PADDING-LEFT: 5.4pt; WIDTH: 297pt; PADDING-RIGHT: 5.4pt; HEIGHT: 17.6pt; BORDER-LEFT-COLOR: #ffffff; BORDER-RIGHT: black 1pt solid; PADDING-TOP: 0cm" width=396> <DIV style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 1.1pt; LAYOUT-GRID-MODE: char" align=center><SPAN style="FONT-SIZE: 12pt">IP20</SPAN></DIV></TD></TR> <TR style="HEIGHT: 17.6pt"> <TD style="BORDER-BOTTOM: black 1pt solid; BORDER-LEFT: black 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 0cm; BACKGROUND-COLOR: transparent; BORDER-TOP-COLOR: #ffffff; PADDING-LEFT: 5.4pt; WIDTH: 138.5pt; PADDING-RIGHT: 5.4pt; HEIGHT: 17.6pt; BORDER-RIGHT: black 1pt solid; PADDING-TOP: 0cm" width=185> <DIV style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 1.1pt; LAYOUT-GRID-MODE: char" align=center><SPAN style="FONT-SIZE: 12pt">电源</SPAN></DIV></TD> <TD style="BORDER-BOTTOM: black 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 0cm; BACKGROUND-COLOR: transparent; BORDER-TOP-COLOR: #ffffff; PADDING-LEFT: 5.4pt; WIDTH: 297pt; PADDING-RIGHT: 5.4pt; HEIGHT: 17.6pt; BORDER-LEFT-COLOR: #ffffff; BORDER-RIGHT: black 1pt solid; PADDING-TOP: 0cm" width=396> <DIV style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 1.1pt; LAYOUT-GRID-MODE: char" align=center><SPAN style="FONT-SIZE: 12pt">DC24V</SPAN><SPAN style="FONT-SIZE: 12pt">或AC/DC200V</SPAN></DIV></TD></TR> <TR style="HEIGHT: 17.6pt"> <TD style="BORDER-BOTTOM: black 1pt solid; BORDER-LEFT: black 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 0cm; BACKGROUND-COLOR: transparent; BORDER-TOP-COLOR: #ffffff; PADDING-LEFT: 5.4pt; WIDTH: 138.5pt; PADDING-RIGHT: 5.4pt; HEIGHT: 17.6pt; BORDER-RIGHT: black 1pt solid; PADDING-TOP: 0cm" width=185> <DIV style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 1.1pt; LAYOUT-GRID-MODE: char" align=center><SPAN style="FONT-SIZE: 12pt">电源功耗</SPAN></DIV></TD> <TD style="BORDER-BOTTOM: black 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 0cm; BACKGROUND-COLOR: transparent; BORDER-TOP-COLOR: #ffffff; PADDING-LEFT: 5.4pt; WIDTH: 297pt; PADDING-RIGHT: 5.4pt; HEIGHT: 17.6pt; BORDER-LEFT-COLOR: #ffffff; BORDER-RIGHT: black 1pt solid; PADDING-TOP: 0cm" width=396> <DIV style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 1.1pt; LAYOUT-GRID-MODE: char" align=center><SPAN style="FONT-SIZE: 12pt">＜５Ｗ</SPAN></DIV></TD></TR></TBODY></TABLE></DIV> <P> <STRONG>5 应用案例 </STRONG></P> <P> 以计量32个电气干线电能为例，电能表为DTM862-2型，一次方案见图8(a)，电能脉冲采集二次见图8(b)。使用传统的机械式电能表附带脉冲接口，利用智能化的脉冲接收装置实现远程集中式抄表功能。</P> <P align=center><IMG style="WIDTH: 488px; HEIGHT: 464px" alt="" src="http://www.acrel.cn/cn/download/common/upload/2011/02/25/94828yg.jpg" width=530 height=475></P> <P align=center>图8 </P> <P> <STRONG>6 结束语 </STRONG></P> <P> ARTU-P32遥脉单元于2007年12月在国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心测试，符合相关要求。该产品已在某油田供水供电公司、苏州某税务大厦、内蒙某煤矿等工程配电监控系统中得到应用，降低了投资成本，产生了较好的社会和经济效益。 </P> <P> <STRONG>参考文献： </STRONG></P> <P> [1] 上海安科瑞电气有限公司.ARTU四遥单元安装使用说明书,2008.07版. </P> <P> [2] 任致远，周中.电力电测数字仪表原理与应用指南,中国电力出版社，2007. <SPAN style="FONT-FAMILY: Webdings"><</SPAN></P>