第26卷第9期 电力自动化设备 v01.26No.9
2006年9月 ElectricP()werAutomationEquipment sept.2006@
电能脉冲的软件产生方法
毛晓波,李志辉,张震
(郑州大学电气工程学院,河南郑州450002)
摘要:
电能脉冲是电子式电能
的重要输出信号,目前多采用电压/频率变换、硬件分频、
复杂可编程逻辑器件(CPLD)/现场可编程门阵列器件(FPGA)或专用芯片实现,增加了电路成
本及复杂度。提出一种用软件产生标准高低电能脉冲的实用方法.不断累计采样计算所得的瞬
时功率值.定时与
的极限值比较。每达到极限值即输出一个电能脉冲。给出了设计原理、软
件流程及一个应用89C51单片机产生标准高低电能脉冲的应用实例。实践证明.利用该方法产
生的电能脉冲准确、可靠,并能节约系统资源。可应用于0.1级和0.05级多功能标准电能表中。
关键词:电能脉冲:校验;交流采样
中图分类号:TN782 文献标识码:A 文章编号:1006—6047f2006)09—0027—03
O引言
标准高低电能脉冲是电子式电能表重要的输出
信号[¨。目前.新型的电子式电能表[2]大都采用交流
采样的方法,对被测的电压、电流信号进行整周期等
间隔均匀同步采样.经模/数转换电路将其转换成
数字量.再将1个或多个周期内Ⅳ个对应的数字电
压信号配i与数字电流信号ii相乘,累加并求平均即
得功率值,其有功和无功功率的基本算法如下[3‘s]:
1
Ⅳ
1
^,
P=吉乏u,iJ,Q2寺乏“Ji(,+_lv/4)
』'』2l 』V』2l
式中i⋯Ⅳ川为滞后Mi900的电流值。
将求得的功率数字量转换成与之成正比的脉冲
信号,即进行有功/频率(或无功/频率)变换就可
得到有功(或无功)电能脉冲。最后再用计度器累
积电能。
电能脉冲产生电路有多种实现方法.如可以使用
电压/频率(或电流/频率)变换电路或硬件分频电
路.也可以使用ADE775X系列单相/多相多功能电
能测量集成电路等方便地产生脉冲[6].还可以使用
复杂可编程逻辑器件(CPLD)/现场可编程门阵列
器件(FPGA)设计超常字长累加器。利用数字量积分
/频率变换原理产生脉冲[7]。然而。上述各种方法均
需设计专门的硬件电路或使用专用芯片.使电路的结
构变得复杂并增加了电路成本。
本文提出一种用软件产生电能脉冲的方法。该
方法用极小的程序量产生标准的高低脉冲.硬件上仅
占用CPU的定时器资源。
1 原理
设瞬时功率(有功或无功)的数字量为只,对只
收稿日期:2006—02—13
的不断累加就是电能值.当达到一个电能脉冲所代
表的电能量时。就输出一个脉冲。设要产生的标准
脉冲频率为厂H,存放Pi累加值的单元为∑P,程序每
间隔时间疋(=1/厂H)从测量单元读取一次当前功率
值只,累加入∑P中,并将累加后的值与规定的极限
值Pm比较,若累加值小于Pm,不输出脉冲;反之,则
由CPU的I/0口输出一个正脉冲.同时从累加值单
元∑P中减掉一个Pm,将剩余部分(∑尸一Pm),即超出
Pm的溢出量作为下一次的累加初值。重复此过程。
如图l所示(设只>0)。显然,瞬时功率只愈大,则
累加值达到Pm所需时间愈短,输出脉冲频率愈高,
即脉冲频率与功率(或电能)成正比。
∑P
Pm
0
脉冲
D
图1软件法产生脉冲的原理
F培.1Genemtionofelectricenerg)rpulse
.. usingsoftwaremethod
例如.要产生10kHz的标准电能脉冲。则每间
隔100¨s读一次功率值只。如果取额定功率值为极
限值P伽,置∑P初值为0,则当电压、电流为额定值
时,每读一个功率值只,因为∑P=Pm(剩余部分∑P._
R=0),必然会输出一个脉冲,于是脉冲频率为10kHz
(额定值)。同理,若每次读取的砖值为额定值的1/2,
则累计2次(间隔200“s)达到∑P=尸m,输出一个脉
冲,此时的输出脉冲频率为5kHz。当然,若P珈不是
只的整数倍,则剩余部分∑P—Pm≠0,累计到下一次,
此时输出的脉冲间隔不一定均匀.但在一段时间内
(越长越好)产生的脉冲个数是准确的。.由于校验电
表时是累计脉冲个数.各级标准中对电能脉冲的均
匀性均未作要求.所以不失为一种简单实用的方法。
万方数据
由于∑尸单元可作双向累加和双向比较,因而该方
法可产生双向有功或无功电能脉冲。
电压、电流最大取值通常为额定值的120%.所
以推荐极限值Pm取额定功率(数字量)的1.44倍。
2软件设计
标准功率电能表根据校验和被校验的需要.要
求能够输出标准高脉冲,H和标准低脉冲厂。。通常
^=100kHz或10kHz,^=1Hz。标准高脉冲^采用
上述方法产生,标准低脉冲^则由^分频得到。其
软件流程如图2所示。
参数初始化:
累加和单元∑P清零
设置功率极限值Pm
高低脉冲输出口置初值
P1.O=P1.1=0
山
定时器初始化:
定时器O定时方式
置定时初值
定时器l计数方式
置计数初值
意愿痧
中断服务程序l
、、:!=:!:/
7
IN
∑P=∑P+只J审
I∑P=∑P—P柚I
士
lPl.O输出一个正脉≯
(b)定时器0中断服务程序
(a)主程序 (c)定时器l中断服务程序
图2产生高低电能脉冲的软件流程
Fig.2nowchanofhigll—andlow-舶qIlency
electricenerg),pulsegene豫tion
3编程举例
采用89C51单片机产生矗=144kHz、石=1甜Hz
的标准高低电能脉冲的汇编语言源程序如下.设晶
振频率为11.0592MHz。
;T0工作于自动再装入定时方式。定时初值n0如下
;n0=256—11.0592÷12÷(14.4×lO一3)=192=COH
:T1对TD输出的脉冲计数
:每计5000个使P1.1状态求反
;R5R4为极限值Pm数字量(本例取FFFOH)
:R3R2为功率累加和数字量
;R1R0为每次读取的功率值数字量只
;P1.0输出厂H,P1.1输出厂.
ORG0000H
LJMPMAIN :上电转主程序MAIN
:rm中断人口
ORG000BH
LIMP1fD_一INT
:T1中断服务程序
ORG001BH
T1jNT:MOVTLl,#78H;重置计数初值
MOVTHl.#0ECH
CPLP1.1
RETI
:主程序
0RG0100H
MAIN:CLRA
MOVR2,A ;累加值单元(∑P)清零
MOVR3.A
MOVR5,#OFFH;R5一Pm数字量的高字节
MOVR4,#0FOH;R4一Pm数字量的低字节
CLRP1.0 :高脉冲输出口初值置低
CLRP1.1 :低脉冲输出口初值置低
;T1方式1/计数,哟方式2/定时
MOVTMOD.#52H
MOVTLl。#78H;计数初值5000
MOVTHl.撑0ECH
MOVTL0.#OCOH:定时常数192
MOVTH0.#0COH
SETBTRl :启动Tl计数
SETBETl
SETBTRO :启动T0定时
SETBE哟
SETBEA
WAIT:SJMPWAIT
:朋中断服务程序
ORG0200H
T0INT:MOVDIyI'R.#7FFFH
MOVXA。@D门R :读功率值高字节
MOVR1.A
MOVDIyrR.#0BFFFH
MOVXA,@DPTR;读功率值低字节
MOVR0.A
CJNER1,#0FFH,P』DD;与极限值比较
CJNER0,#0FOH,P—CONT
SJMPTRPL
P—_CONT:JNCTR—PL
P—ADD:ADDA,R2 ;小于极限值,累加
MOVR2.A
MOVA.R3
ADDCA.Rl
MOVR3.A
JCP-SUB ;累加后有溢出,转
CJNEA。#0FFH.DONE
CJNER2,#OFOH,P--CON2
SJMPPSUB
P—CON2:JNCP--SUB
SJMPDONE
P-SUB:SETBP1.0 ;P1.O输出一个正脉冲
CLRC :从累加和中减去极限值
MOVA.R2
SUBBA.R4
万方数据
MOVR2.A
MOVA.R3
SUBBA.R5
MOVR3.A
NOP
CLRP1.0
RETI
;大于或等于极限值,P1.0输出一个正脉冲
TR—PL:SETBP1.0
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
CLRP1.0
DONE:RE,rI
END
需要指出,哟、T1中断服务程序必须在定时时
间内(本例为1/14.4ms)完成。当要求产生的标准
高脉冲的频率很高时.应根据此条件选用合适的
MCU及晶振频率[引。
4结语
本文提出的标准电能脉冲的软件产生方法具有
构思巧妙、编程简单、占软硬件资源少等特点,该方
法在0.1级和0.05级多功能标准电能表中得以应
用,产生的标准高低脉冲稳定可靠,获得了良好的效果。
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(责任编辑:李育燕)
作者简介:
毛晓波(1965一),男。河南开封人,副
教授.从事电子技术、智能仪器仪表的教学
与科研工作(E.mail:mail.ⅡⅨb@zzu.edu.
cn);
李志辉(1978一),女,河南濮阳人,助
教,硕士,从事数字信号处理的教学与科
毛晓波 研工作(E.m蚰:lizhmin@zzu.edu.cn);
张震(1966一),男,河南郑州人,副教授,从事信息与通
信工程的教学与科研工作(E.眦n:zhangzhen@zzu.edu.cn)。
Usingsoftwaretogenerateelectricenergypulse
MAOXiao—bo,UZhi—hui,ZHANGZhen
(SchoolofElectricalEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450002,China)
AkItl麓ct:Astlleimportantoutput8远nalofelectmnicenerg)rmeter,thestandardelectricenergy
pulseisu8uallygeneratedbyvoltage/f}equencyconverter,f}equencydiVidingcircuit,CPLD(Complex
Prog姗mableLogicDevice)/FPGA(FieldProgmmmableGateArray)orspecialchips,beingcompli—
catedandexpen8ive.Asoftwaresub8tituteisproposed.InstantaneousporwerValuescalculatedf}om
samplesareaccumulatedcontinuouslyandcomparedtimeIywitha giVenlimitValue.Electricenerg),
pulsewiUbe#reneHnedf.orevery1imitvalue.ItsdesignprincipleandsoftwareaswelIasthe
programusing89C51 togeneratehigh—andlow—f如quencyelectricenerg)rpulsesareproVided.
Practicesprovetllatthen地thodi8 accumte,reliableandeconomical,whichcanbeusedinmulti
-functionalstandardenergymete玛of0.1肌d0.05grades.
Keywor‘ls:electriceneI苫ypul8e;calib砸on;ACsampling
万方数据
电能脉冲的软件产生方法
作者: 毛晓波, 李志辉, 张震, MAO Xiao-bo, LI Zhi-hui, ZHANG Zhen
作者单位: 郑州大学,电气工程学院,河南,郑州,450002
刊名: 电力自动化设备
英文刊名: ELECTRIC POWER AUTOMATION EQUIPMENT
年,卷(期): 2006,26(9)
被引用次数: 2次
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本文链接:http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_dlzdhsb200609008.aspx
授权使用:郑州大学(zzdx),授权号:2e2813d1-512c-4ffc-aafb-9ebe0152f810
下载时间:2011年4月7日