邱春玲¹ 楊立海² 畢博² 花成龍² 餘思思² 韓來發²

（1.同濟大學建設設計研究院（集團）有限公司

，上海 200092）

（2.安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定201801）

摘要：通過提出一種基於71M6543+STM32F103的“單MCU+多計量芯片”的最大12個三相用戶的設計方案，設計出一種精度高
、可靠性好的多回路電能管理終端，並在實際應用中得到肯定。

關鍵字：多回路；電能管理
；多用戶
；電能表

0   前言

 隨著我國對用電管理能耗分析的相關要求越來越明晰化，對終端用電的計量與監控需求也越來越細化（如要求插座、照明與空調分三路進行計量與監控）
，erchuantongdezhongduanyongdianjiliangshebeizhinengjiliangdangehuilu，zhejiudaozhiyigepeidianxitongzhongxuyaoshiyongdaliangdezhongduanjiliangshebei
，buliyupeidianxitongdezhuangpeiyuweihu。

 近(jin)些(xie)年(nian)來(lai)，隨(sui)著(zhe)我(wo)國(guo)居(ju)民(min)住(zhu)宅(zhai)建(jian)設(she)的(de)迅(xun)速(su)發(fa)展(zhan)
，城(cheng)市(shi)樓(lou)房(fang)所(suo)用(yong)電(dian)能(neng)表(biao)的(de)數(shu)量(liang)也(ye)日(ri)益(yi)增(zeng)多(duo)。現(xian)行(xing)建(jian)築(zhu)電(dian)氣(qi)設(she)計(ji)常(chang)將(jiang)單(dan)塊(kuai)電(dian)能(neng)表(biao)集(ji)中(zhong)掛(gua)成(cheng)一(yi)麵(mian)“表牆”，體積較大，維護管理不便^[1]。如在智能小區、學生公寓等場所，分戶計量時每層需安裝多塊電表，給施工

、抄表、控製等帶來諸多困難。本文設計出一種計量精度高、功能全、性能可靠的多回路電能管理終端，並已經在實際中應用中得到了肯定。

1 功能介紹：

 本文設計的多回路電能管理終端的主要包括以下功能：

 計量：可計量每個回路的尖、峰、平、穀各時段的電能及總電能，精度為1級。

 檢測：實時檢測各回路的相電壓、有功功率、無功功率、功率因數
、電壓頻率等。

 設置：可以自由設置複費率的時段、時間及通訊參數。

 顯示：實時顯示各回路的用電量。

 通信：通過RS485接口進行遠程抄表
，可支持Modbus與DL/T 645-2007協議。

2 設計方案

 本終端的設計包括硬件設計與軟件設計兩個部分。

2.1硬件設計

 主控部分硬件包括：MCU、LED數碼顯示、時鍾電路、RS485通訊

、按鍵輸入。其中，顯示界麵采用的是LED數碼管
，用戶可以通過輪顯顯示來了解當前的使用電量和剩餘電量
；通訊采用兩路RS485，一路為主控模塊與電腦
、通訊管理機等設備之間的通訊，另外一路為主控模塊與計量模塊之間的通訊。

 計量部分硬件包括：計量芯片
、鐵電存儲、磁保持控製電路、有功脈衝輸出
、信號輸入。其中

，計量芯片對電壓
、電流信號分別進行采集，並將有功電能數據存儲至鐵電中
，用於後續數據的查看

、對比。每個計量部分和主控部分之間采用RS485通訊
，以進行數據處理和控製。多回路計量終端采集到的電能最終會存儲至鐵電中。具體的硬件處理流程如圖1所示。

圖1 終端硬件處理流程

2.2 軟件設計

 軟件設計分為計量板與主控板兩個部分
，其中
，計量板包括：電能計量程序
、繼電器控製程序及與主控通訊程序
，軟件處理流程如圖2所示；主控板包括：顯示處理程序、與計量通訊程序、上位機通訊程序、按鍵處理程序，其軟件處理流程如圖3所示。

圖2 計量板軟件處理流程

圖3 主控板軟件處理流程

 軟件設計過程中
，計量板部分將電能的計量與繼電器控製交給71M6543完成，並且每個三相回路配置一塊芯片，保證的電能計量的高精度與高可靠性
，也使得繼電器控製具有實時性與準確性；主控部分的主控芯片STM32F103隻負責通訊
、顯示按鍵等操作。

 在設計繼電器控製程序時，考慮到現場應用的複雜性，設計實現了強製控製
、時間控製、負載控製及預付費控製四種控製邏輯。其中
，強製控製優先級最高，可強製控製繼電器合閘或分閘；時間控製可根據預設的時段表進行分/合閘操作
，負載控製可識別是否接入惡性負載進行分/合閘操作;預付費控製可實現先交費後使用的功能。繼電器具體控製邏輯如圖4所示。

圖4 繼電器控製邏輯圖

3 檢驗測試數據

 校準後的多回路電能管理終端在額定電壓為220V，基本電流為10A
，最大電流為60A的條件下
，1~4回路的精度檢測數據如表1所示。

4 應用方案

 多回路電能管理終端在某廣場商鋪中的應用情況如圖5所(suo)示(shi)。三(san)相(xiang)四(si)線(xian)電(dian)壓(ya)總(zong)進(jin)線(xian)經(jing)過(guo)塑(su)殼(ke)斷(duan)路(lu)器(qi)接(jie)入(ru)到(dao)電(dian)能(neng)管(guan)理(li)終(zhong)端(duan)上(shang)，電(dian)能(neng)管(guan)理(li)終(zhong)端(duan)再(zai)分(fen)別(bie)接(jie)到(dao)各(ge)個(ge)回(hui)路(lu)上(shang)，使(shi)得(de)一(yi)個(ge)配(pei)電(dian)箱(xiang)中(zhong)僅(jin)使(shi)用(yong)一(yi)個(ge)多(duo)回(hui)路(lu)電(dian)能(neng)管(guan)理(li)終(zhong)端(duan)就(jiu)可(ke)實(shi)現(xian)對(dui)多(duo)個(ge)回(hui)路(lu)的(de)計(ji)量(liang)、檢測和控製，同時配電係統的裝配與維護也會更加便利。電能管理終端通過RS485總線配合安科瑞遠程預付費電能管理係統，用戶可以通過電腦後台控製、充值、抄表等功能。如圖6所示
，為遠程預付費電能管理係統應用圖。

圖5 電能管理終端應用圖

圖6 遠程預付費電能管理係統應用圖

5 結束語

 根據提出的多回路電能管理終端設計方案，以STM32F103為主控芯片
，71M6543為(wei)計(ji)量(liang)芯(xin)片(pian)設(she)計(ji)終(zhong)端(duan)的(de)硬(ying)件(jian)組(zu)成(cheng)部(bu)分(fen)
，並(bing)以(yi)此(ci)為(wei)基(ji)礎(chu)設(she)計(ji)調(tiao)試(shi)終(zhong)端(duan)的(de)軟(ruan)件(jian)程(cheng)序(xu)。經(jing)調(tiao)試(shi)
，多(duo)回(hui)路(lu)電(dian)能(neng)管(guan)理(li)終(zhong)端(duan)成(cheng)功(gong)研(yan)製(zhi)，並(bing)且(qie)在(zai)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)得(de)到(dao)了(le)肯(ken)定(ding)。

文章來源：《智能建築電氣技術》2016年5期

參考文獻：

[1] 萬全.新型多用戶電子式電能表的研究和設計[D].湖南：湖南大學
，2004:1-28