>梁清华，刘春玲，王俊生
（辽宁工学院，锦州121001）
本文将介绍利用80c196kc来完成的多路电能集中计量装置，该装置采用了交流采样技术，与直流采样相比，没有直流转换环节，既降低了硬件成本又消除了直流转换环节的精度损失；同时，利用80c196kc的PTS功能控制采样，提高了每周期采样点数，因而又进一步提高了测量精度［1］。为了简化软件算法和回避电压、电流同样采样的困难，采用了分
别在不同周期单独采样电压、电流，然后计算出电压、电流的有效值和功率因数后，再求得功率的方法。这种方法使得程序流程清晰，软件制作容易。
1 测量方法
电能的计算表达式为：
W＝UIcosΦT
式中 U——电压有效值I——电流有效值cosΦ——功率因数T——累计时间
电压有效值、电流有效值分别通过对电压互感器、电流互感器二次端瞬时值采样，得到离散值。根据文献[2]采用矩形法计算，其有效值为：式中 N——一个周期内的采样点数；um、im——第m－1个电压、电流采样值；m——自然数
然后由过零装置测得电网周期和电压与电流的时间差，由下式得到相位差：
X＝360／TΔt
式中 T——电网的工频周期； Δt——电压与电流的时间差
这样得到的相位差可以克服电网频率波动带来的误差［3］。根据相位角计算功率因数可采用两种方法：（1）计算法，（2）查表法。该系统采用了查表法，考虑到ROM空间有剩余，分辨率为0．5度。
2 硬件构成
系统原理框图如图2－1所示。
系统主要由一台电压互感器和若干台（根据实际情况，每一用户一台）电流互感器，过零电路，单片机及外围电路组成。
2．1 电压、电流互感器
电压互感器完成220V到2V的转换，提供功率计算的电压值。电流互感器完成5A到2V的转换，提供功率计算的电流值。与单片机的连接方式为，电压信号单独连接到一个AD输入口，所有电流信号通过多路开关连接到另一个AD输入口。
2．2 过零电路
过零电路由运算放大器组成。输入为公共的电压信号和各路电流信号，输出共有电压信号正、负脉冲，电流信号正、负脉冲。这4个脉冲分别当输入的电压、电流信号由负变正和由正变负时产生。它们分别接入高速输入口HSI．0、HSI．1，HSI．2，HSI．3。此时HSI定义为中断方式，由IOC0控制。分别用于启动电压采样、计算程序、电流采样、计算程序和相位角测量。
2．3 单片机及外围电路
该系统采用了新型16位单片机80c196kc，它是Intel公司继8097BH、80c196kb后，开发的又一16位高性能CHMOS型单片机。它除了具有80c196的基本功能外，它的最重要的新特征则是具有了PTS（peripheraltransacitonserver），被称为外部事物服务器。它对中断可提供一种类似于DMA（直接存储器访问）的响应，它不象一般中断响应使正常的指令流转向中断服务程序、中断调用、保护现场、最后返回，而是直接产生一个PTS周期，插入到正常指令流中，使得CPU在处理中断事物时其开销比一般中断响应要小得多［4］。
PTS的A／D模式利用内部A／D转换结束中断，自动再启动A／D转换，进行连续采样。因此不占用CPU资源，可使CPU有更多的时间处理其他事物。这种方式用于对电力参数进行采样，它可以提高采样频率，使单位时间内采到更多的数据，进而提高测量精度。
另外，扩展了可保持RAM、ROM，及8279等。
3 软件设计
3．1 程序结构
整个程序可分为3部分：主程序、HSI中断服务程序和可供主程序和中断服务程序调用的若干公共子程序。
主程序完成系统初始化，包括PTS、8279初始化，HSI口初始化，堆栈指针设置等，最后完成显示、打印功能。流程图如图3－1。
HSI中断服务程序由4个程序模块组成，即电压正过零服务程序，电压负过零服务程序；电流正过零服务程序，电流负过零服务程序。电压正过零服务程序首先记录电压正过零时间，然后完成电压信号的采样。电压负过零服务程序首先记录电压信号负过零时间，然后计算电压有效值和电网周期；电流正过零服务程序完成记录正电流过零时间，采样电流信号的任务；电流负过零服务程序结束电流信号采样，然后进行电流有效值、相位角及功率因数和电能的计算。
在对电压、电流信号的采样过程中，均使用了PTS功能。中断服务程序流程图如图3－2。
公共子程序主要包括：（1）交流采样子程序；（2）有效值计算子程序；（3）功率因数计算子程序；（4）电能计算子程序；（5）显示子程序；（6）打印子程序。
3．2 时序流程
该系统每一工频周期完成一个回路的测量，正常时应为20ms。但考虑到电网频率的不稳定，利用过零触发器定时，防止计量时产生误差和系统时序出现混乱。
系统上电后首先初始化。然后，等待第一个电压正过零脉冲，该脉冲出现后，系统产生HSI中断，在电压信号的正半周执行电压正过零服务程序。电压的正半周结束，负半周开始时，过零电路发出负过零脉冲，在电压信号负半周电压负过零服务程序，10ms的时间足以完成这一任务。然后，等待下一个电压正过零脉冲。第二个电压正过零脉冲开始第一路电流测量，首先记录过零时间，然后接通多路开关，等待电流正过零脉冲，脉冲出现后执行电流正过零服务程序。最后等待电流负过零脉冲，该脉冲出现后执行电流负过零服务程序。负过零服务程序计算的电能的结果送可保持RAM区保存。然后，等待下一个电压脉冲，以此类推，直至第n路。
完成n路巡回检测后（设共n个房间），第（n＋1）个电压正脉冲开始第二次电压的采样、计算，进行第二次n回路的巡回检测。
这种时序要求电压相位必须超前电流，因为民用负载均为感性或为纯电阻性，因此这一条件自然得到满足。为了保证程序运行的可靠性，尽管硬件设计和实际物理模型已能够保证HSI4个中断服务程序模块的先后执行次序，但程序中仍然设置了通过查询HSI状态寄存器的方法，来对哪一个HSI口出现中断再进行一次判断。
显示周期可根据实际情况设定。打印由按键控制实时进行。
4 结束语
该计量装置既可以应用于居民住宅几户或十几户的情况，更适合与短路和过流保护配电柜合为一体使用，用于对上百[1][2]下一页
