ATT7022B在路燈智能控制器中的應用

王保錄 宋春寧 周曉華 宋云鵬

廣西大學電氣工程學院 廣西 530004

0 引言

傳統的路燈控制器只能實現簡單的人工控制或定時開關，存在人力物力耗費大、難以集中管理、浪費電能、故障排除效率低等缺點。因此使用自動化程度高、運行可靠、高效節能、維護方便的城市路燈控制器成為了路燈控制和管理的發展趨勢。

新型的路燈控制器是城市路燈監控系統的核心部分，控制器不僅要實現路燈開關控制、GPRS遠程通信等功能，還要實現路燈線路中的參數采集和故障監測。本文采用ATT7022B電能計量芯片設計了路燈的交流電參數采集電路，完成路燈的電流、電壓、功率和總用電量等參數采集，為路燈監控管理部門提供精確可靠的數據，實現路燈線路運行狀況的有效監控，達到路燈節能和提高故障處理效率的目的。

1 硬件結構

1.1 芯片簡介

ATT7022B是一高精度三相電能專用計量芯片，適用于三相三線和三相四線應用。內部集成了六路二階Sigma-delta ADC、參考電壓電流以及所有功率、能量、有效值、功率因數的數字信號處理等電路。能夠測量各相電流、電壓有效值、有功功率、功率因數、頻率等參數；支持全數字域的增益、相位校正，即可實現純軟件校表。

ATT7022B提供一個SPI接口，方便與外部MCU之間進行計量參數以及校表參數的傳遞。

芯片主要特性如下：

（1）高精度，再輸入動態工作范圍(1000:1)內，非線性測量誤差小于0.1%；

（2）提供有功、無功、視在校表脈沖輸出；

（3）提供基波有功、基波無功校表脈沖輸出；

（4）提供電壓和電流有效值參數，有效值精度優于0.5%；

（5）具有SPI接口，方便和外部MCU通訊。

1.2 路燈控制器原理

智能路燈控制器主要由ARM處理器、電參數采集電路、CPLD電路、GPRS通信電路、LCD顯示電路及開關驅動電路等部分組成，原理圖如圖1所示。

圖1 智能路燈控制器原理圖

1.3 ATT7022B的外圍電路

針對ATT7022B的外圍電路的設計是路燈控制器電路中十分重要的一部分；ATT7022B對模擬輸入通道送來的電壓、電流信號進行AD轉換及DSP處理后將結果保存在相應的內部寄存器中。這些處理結果都可以通過ATT7022B的SPI口輸出給ARM處理器；在本設計中，利用S3C44B0X的普通I/O引腳來實現SPI接口功能(如圖2所示)。

圖2 ATT7022B外圍電路

2 電參數采集

電參數采集主要包括兩大部分：一部分是SPI通訊，另一部分是軟件校表。

2.1 SPI通訊

ATT7022B內部集成了SPI串行通訊接口，SPI接口采用從屬方式工作，使用兩條控制線和兩條數據線：CS、SCLK、DI和DOUT。

2.1.1 SPI讀操作工作過程

ATT7022B的計量參數以及校表參數寄存器是通過 SPI提供給外部MCU。通過SPI寫入1個8 Bits的命令之后，需要一個等待時間，然后才能通過SPI讀取24 Bits的數據，工作流程如圖3所示。

圖3 SPI讀操作流程

2.1.2 SPI寫操作

SPI寫操作和讀操作類似，區別在于S3C44B0X發送寫入一個8 Bits的命令字之后，不需等待就可以從DIN口發送24 Bits的數據。

2.2 校表方法

ATT7022B上電復位后，校表寄存器的初始數據為默認值，此時讀出的計量參數值和實際參數值不符，因而需要對校表寄存器進行相應的設置，以將測量值減小到誤差范圍之內。校表可按高頻輸出參數設置、比差補償區域設置、角差補償區域設置、功率增益校正、相位校正、電壓校正、電流校正的先后順序進行。本文以功率增益的校正為例說明ATT7022B的校表方法。

在功率因數cos()1Φ=時進行功率增益校正。如果設定寄存器Iregchg不為0，則必須分在I＞Irechg以及I＜Irechg處進行校正。其中I＞Irechg校正的為Pgain0，而I＜Irechg處校正的為Pgain1，如果設定寄存器Iregchg為0，即比差補償部分區域進行，則只需要在 100%Ib處進行一次校正，然后將校正系數同時寫到Pgain0和Pgain1中。

功率增益校正的計算方法如下：

（1）誤差err：可以從標準表上直接讀出，也可以按下式計算得到；

（2）通過err計算出標準值相對校正前的增益值。

（3）如果Pgain≥ 0 ，則Pgain=INT(Pgain× 223);//給校表寄存器完成校表

如果Pgain＜ 0 ，則Pgain=INT[ 224+Pgain*223]

3 實驗結果

本路燈控制器在完成硬件電路、軟件程序設計和相應的數字化校表之后對其進行各種參數的測試。如圖4是利用力控組態軟件設計的電參數監控界面。從圖4中可以得到電壓、電流及功率等參數經過校正后的結果。

圖4 組態軟件接收的校表數據

實驗結果表明，采用ATT7022B電能計量芯片設計了路燈的交流電參數采集電路，該電路可以采集電流、電壓有效值，有功功率和無功功率以及計算總用電量等，為路燈監控和故障檢測提供了可靠的依據，本方案具有精確度高、擴展方便、易于實現等優點。

[1]田澤.嵌入式系統開發與應用[M].北京:北京航天航空大學出版社.2005.

[2]珠海炬力.ATT7022B 用戶手冊.2005.

[3]馬國華.監控組態軟件及其應用[M].北京:清華大學出版社.2001.

[4]VxWorks Programmer′s Guide.Wind River System Inc.1999.