基于ATT7022E的高精度三相电能计量仪软件设计

段双明

摘 要：基于电量采集芯片ATT7022E，设计一款高精度电能计量装置，该装置采用意法半导体STM32F103为控制器，完成对ATT7022E的控制。通過读取ATT7022E的测量值，完成三相电压、电流、功率、功率因数和谐波等参数的测量。主要完成测量装置的软件设计，包括ATT7022E的初始化，与ATT7022E之间通信和RS485通信等。

关键词：STM32F103；ATT7022E；液晶显示；RS485通信

1 概述

电力工业的发展和人们生活生产用电量的增加，使得电能计量装置得到快速发展。传统的机械是电表只能满足电能计量功能，不能实现远程抄表和电能质量分析等功能。为了满足智能用电需求，电能计量芯片得到发展并快速应用于电能测量和管理。这些电能计量芯片可以完成单相或者三相电的电量测量和电能质量分析，测量精度完全满足国家标准规定。本文在由STM32F103和ATT7022E组成的电能测量装置硬件平台上，编写软件程序，完成三相电的电流、电压、功率、功率因数和电能质量的测量。

2 整体设计

电能计量仪软件采用模块化设计方法，将各功能模块用子程序实现。图1所示为电能计量仪软件结构框图，由时间管理程序、通信程序、计量管理程序和显示程序组成。时间管理程序实现软件定时功能，为各个操作提供统一时标，由定时器实现时间管理功能。通信程序包含RS485通信和CAN通信两个子程序，采用STM32F103内部集成的串口通信和CAN通信模块，完成电能计量仪和上位机通信的功能以及电能计量仪和其他装置通信的功能。

图1 高精度三相电能计量仪总体框架

3 软件实现

针对电能计量仪的功能，本部分主要介绍STM32F103初始化程序、定时器程序、STM32F103和ATT7022E接口程序以及通信程序设计。

3.1 TIM2定时程序设计

设置STM32F103通用定时器Time2工作在定时器模式，计数方式为从低至高，数据载入方式为16位自动重装载，使能定时器溢出中断，20ms中断一次。系统时钟为100MHz，则定时器一个计数的时间为10ns，16位定时器可以记录最大时间为0.65536ms，记录时间较短，必须将计数时钟分频。将计数时钟32分频，这样一个计数时间为320ns。

3.2 ATT7022E接口程序设计

STM32F103通过SPI接口控制ATT7022E工作。设置STM32F103的SPI工作为主SPI，产生同步信号。SPI时钟由STM32F103外设产生，设置通用输入输出引脚工作在SPI模式，使能SPI功能，使能SPI接收中断。STM32F103发送命令初始化ATT7022E，ATT7022E完成芯片初始化功能，开始数据采集和计算。STM32F103发送读取命令，ATT7022E将电压、电流、频率、相位和功率等信息发送到STM32F103。

3.3 通信程序设计

设置串口1和串口2的波特率均为9600，无奇偶校验功能，8位数据位，1位停止位，串口1用于RS232通信，完成本地调试功能，串口2用于RS485通信，使能串口1和串口2的发送和接收中断。设置B0为通用输出端口，控制RS485通信的使能引脚。初始化CAN寄存器，设置CAN地址，采用扩展帧模式，设置过滤标识符，使能过滤功能，使能FIFO功能，使能CAN发送中断，CAN接收寄存器设置，使能CAN接收中断。

4 结 论

本次设计实现了，对电压、电流、功率、功率因数等电能质量的采集与显示。经过实验和误差分析，发现大部分参数误差都在1.0%以下，达到了设计要求。所设计的计量仪具有可靠性高、体积小、操作简单方便、人机界面友好的优点。

参考文献：

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