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配电网及其自动化技术研究
Research on Power Distribution Network and Its Automation Technology

第三节 配电自动化运行监控的开发实现

一、多功能电力监控仪表的硬件系统设计

（一）多功能仪表
1.功能概述
多功能电力仪表的主要功能是检测三相电参量及存储累积电能，并把采集到

的电量数据通过RS-485总线传送给上位机。每只仪表有唯一的通信地址，用以区
别于总线上其他的仪表。多功能仪表的人机交互界面是3个四联数码管、6个LED
灯以及4个按键。通信参数、电压/电流变比、通行密码、电能清零等可通过人机
交互界面进行设置。

2.电参量测量理论及数学模型
通常所说的电参量主要是指电压/电流有效值、频率、有功功率、有功能
量、无功功率、无功能量、视在功率、视在能量、功率因数、电压电流相角等参

数，在三相电中还应包括电压相序、电流相序、电压夹角、合相功率、合相能量
等参数。在所有电参量中，瞬时电流和瞬时电压是最基本的两个参量，其他所有
的参量都可以通过这两个参量计算出来，因此如何快速、准确地获取瞬时电流和
瞬时电压是测量所有电参量的根本出发点。当前最常用的方法是先把强电信号转

换为弱点信号，对弱点信号加以放大滤波处理，然后通过A/D采样的方法把模拟
弱点信号转换成数字信号，将数字信号送往运算处理器，经过一系列的计算转化
得出所有电参量值，通常，强电的电流信号要先转化成电压信号再进行处理。可

见电参量的测量包括两个核心部分，A/D采样和数据处理。
（二）硬件电路设计
多功能仪表的硬件部分主要由三块电路板组成：显示主板、采样电路板和电
源板。三块电路板通过双排针插接起来。硬件电路的整体框图及组织结构如下图
所示：

显示主板以微处理器—ATmega32单片机为核心。MCU是整个多功能仪表
的核心，因此显示主板是三块电路板的数据集散中心，接线端子在采样板或电
源板上，但需要处理的数据必须传送给MCU，通信数据、电能脉冲、显示控制

等数据也全部由MCU发出。显示主板除了微控制器及其外围电路以外，还有数
码管显示驱动电路、LED驱动电路、按键电路、铁电存储电路以及采样板和电

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