[实用新型]基于NIOSⅡ微处理器的三相电能表

说明书

(一)技术领域：

本实用新型一种基于NIOS II微处理器的三相电能表，属于仪器仪表技术领域。

(二)背景技术：

2003年城乡电网改造结束后，电力系统对三相多功能表的需求量迅速增长。由此，国际、国内电表企业纷纷看好商机，抓紧新技术开发，不断推出三相多功能表的新产品，以满足电能表市场的应用需求。据不全完统计，国家电网和南方电网拥有计费电能表总量为19500万台。其中，两网直接管理用于计费的11800万台，非直接管理用于计费的7700万台。

这几年国内电子电能表的需求稳中有升，造成市场增长的原因有三：一是电子电能表将逐步替代机械式电能表；二是前几年安装的电子电能表功能简单，目前已经开始更新换代；三是近年来国外电子电能表市场有所扩大，使国内企业出口量增加。

业内人士分析，电子电表将成为未来电表市场的主角。有资料表明，目前全球至少已经安装了10亿块电表(电子电表和机械电表总和)。未来10年，中国电表市场可能占全球电表市场的40％，而且这个比例还在不断攀升。

在中国的电能表市场上，电子式电能表约占30～40％，其中单相电子式电能表的年需求量稳定为2000万只左右，三相电子式电能表已增长到600万只以上。电子式电能表具有精度高、功能强、寿命长等优点，剩余60～70％的传统机械表正逐渐被电子式电能表所替代。

目前在国内，单、三相电能表的设计规范还不是很严格。各个电能表制造厂家在对三相电能表的功能设计上都没有明确的标准，基本上是按照客户提出的要求，选择市场上已有的CPU、电能计量芯片及外围硬件模块进行具体的设计。这样，每次不同功能要求的设计项目都需要对原有的软硬件设计方案做出相应的调整。其中，对硬件设计方案的改变可能会对产品安全可靠性造成很大的影响，同时也会给设计制造厂家带来更多的投资及不便。

如果能够将电能表所需的全部核心电路(例如微处理器，电能计量芯片、各种控制器与通信接口等)放在同一芯片上，就可以大幅缩小整个系统所占的面积，同时还会减少外围驱动接口单元及电路板间的信号传递，加快微处理器数据处理的速度，内嵌的线路还可以避免外部电路板上信号传递所造成的系统干扰。

(三)实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种基于NIOS II微处理器的三相电能表。该电能表将所需的全部核心电路(微处理器，电能计量芯片、各种控制器与通信接口等)放在同一芯片上，从而可以大幅缩小整个系统所占的面积，电能表的体积小，可靠性高。设计者可以根据用户需求对其硬件结构、功能特点、资源占用等进行灵活构建，从而在相当短的周期内用很低的成本就可以开发出目标产品，而不是被动地跟随和使用市场上已有的MCU进行“僵硬的硬件连结和拼装”。

本实用新型一种基于NIOS II微处理器的三相电能表，该电能表采用Altera公司的推出的NIOS II软核微处理器做为CPU，采用三相电能计量片上可编程系统(即SOPC，System On Programmable Chip)芯片作为计量单元，外配相应的外围电路。

该三相电能表具体包括传感器、信号调理、信号采集、电能计量SOPC芯片、锁相倍频、LCD显示/键盘、通用异步收发器、IIC存储器和日历时钟等模块。

传感器，输出端与信号调理模块连接，将电力线上的三相电压和三相电流转为小信号送给信号调理模块。三相电压是通过电阻分压网络降为小信号的，三相电流信号是通过电流互感器转为小信号的。

信号调理模块，输入端与传感器输出端连接，该信号调理模块具体包含：抗混叠低通滤波器、参考电压电平和A/D转换模块；传感器送来的小电压信号经过抗混叠低通滤波器滤波后偏置到A/D转换模块的参考电压电平上，供A/D转换模块电流。

信号采集模块，输入端与信号调理模块输出端相连，把信号调理模块送来的电压信号转为数字信号后送给电能计量SOPC芯片。

电能计量SOPC芯片，与信号采集模块连接，是整个电能表系统的核心，主要包含两大部分：电能计量和NIOS II软核微处理器；电能计量部分完成电压电流有效值计算，有功/无功/视在功率计算，有功/无功/视电能计量等，部分功能由硬件实现；NIOS II软核微处理器完成整个电能表的调度工作，如实现费率时段切换，响应串口命令，冻结历史电量数据，LCD显示刷新，故障记录报警等功能。该电能计量SOPC芯片作为一项单独的实用新型另案申请。