基于CP,2200芯片的以太网控制器的设计

方案

ADE7755是一款适用于单相配电系统的高精度电能计量IC。它可提供基于输电线电压和电流计算的瞬时有功功率和平均有功功率。该器件规范超过IEC 61036标准规定的精度要求。ADE 7755中使用的唯一模拟电路是ADC和参考电压电路。所有其它信号处理（例如乘法和滤波）都是在数字域实现的。这种信号处理方法可在随环境条件和时间变化的很大范围内提供优异的稳定性和精度。电流通道提供高增益模式，可直接连接低阻值分流电阻器而不损失动态范围。两通道之间的增益校准在器件外部进行调整。ADE 7755采用SSOP封装。在各种负载条件下提供低频（F1/F2）和高频（CF）同步输出[7]。

2.3 解决ADE7755与微控制器（MCU）接口

最简单的方法是使用CF高频输出，输出频率设定为2 048（F1，F2）[8]。这要求设置SCF=0和S0=S1=1，见表1。

当模拟输入端加有满度交流信号时，CF输出频率将达5.5 kHz左右。如图1所示的方案能把输出频率数字化，并完成前面提到的平均作用。

频率输出CF端接到MCU的计度器或I/O端口，MCU在内部定时器设定的积分时间内对CF输出的脉冲计数，平均功率正比于平均频率如图1所示，由下式确定：

平均功率=平均频率=脉冲个数/积分时间。

在一个积分周期内消耗的电能为：

电能=平均功率x积分时间=（脉冲个数/积分时间）x积分时间=脉冲个数。

用作仪表检验时，积分时间应在10～20 s，以便能累积足够数量的脉冲，求得正确的平均频率。在正常运行是，积分时间可以减到1～2 s，这取决于显示器更新速率的需要[9]。当积分时间较短时，及时在稳定负责条件下，在每个更新周期内的电能计数值会有一些小波动，然而在1 min或更长时间内，测出的电能将不会有波动。

2.4 ADE 7755电量采集外围电量设计

ADE 7755外围应用电路由电流采样电路、电压采样电路、轻载调节电路、频率选择电路、高频输出和低频输出电路等组成。外围应用电路图如图2所示，电流采样电路如图3所示。

使用分流器的电流采样电路图如图3所示，其中F1为分流器，R1、R2为采样电阻，C1、C2为采样电容，他们为电流采样通道提供采样电压信号，采样电压信号的大小由分流器的阻值和流过其上的电流决定。

电流采样通道采用完全差动输入，V1P为正输入端，V1N为负输入端[10]。

电流采样通道最大差都能峰值电压应<470 mV，电流采样通道有一个PGA，器增益可由ADE 7755的G1和G0来选择，见表2。

当使用分流采样时，G1、G0都接高电平，增益选择16，通过分流器的峰值电压为±30 mV，当设计电表为5（20）A规格时，分流器阻值选择为500 ？滋Ω，当流过分流器的电流最大电流20 A时，其采样电压为：

500 ？滋Ω×20 A=10 mV，

不超过峰值电压半满度值，这样考虑允许对电流和高峰值因数进行累计。当使用互感器采样时，其电路如图4所示。

使用互感采样时，G1、G0都是低电平，增益选择1，电流采样通道最大差动峰值电压为±470 mV，其差动信号由互感器的二次侧电流流过电阻R30和R31产生，互感器二次侧额定电流5 mA，当过载4倍时，二次侧电流为20 mA，其流过电阻R30和R31产生的差动信号为96 mV，远小于峰值电压半满度值（235 mV）。

R1C1和R2C2组成两个低通滤波器，衰减掉那些无用的高频分量，从而防止有用频带内失真。R1、R2、C2、C1阻值、容值的选取对电表的性能有很大的影响，这里选用的数值为：

R1=R2=300 Ω，

C1=C2=27 nF。

电压采样电路图如图5所示。

电压输入通道（V2N，V2P）也为差分电路，V2N引脚连接到电阻分压电路的分压点上，V2P接地。

电压输入通道的采样信号是通过衰减线电压得到的，其中R6至R15为校验衰减网络，通过短接跳线J1～J9可将采样信号调节到需要的采样值上，这里设计的电能表基本电流是电压采样为174.2 mV，为了准许分流器的容差和片内基准源8%的误差，衰减校验网络应该允许至少30%的校验范围，根据图4的参数，器调节范围为169.8～250 mV，完全满足了调节的需要。

这个衰减网络的-3 dB频率是由R4和C3决定的，R19、R23、R24确保了这一点，即使全部跳线都接通，R19、R23、R24的电阻仍远远大于R4，R4和C3的选取要和电流采样通道的R1C1匹配，这样才能保证两个通道的相位进行恰当的匹配，消除因相位失调带来的误差影响。

轻载调节电路如图6所示。

轻载调节电路如图5所示，其原理是用电压采样处的电压值再经分压后加到电流采样的正或负端来增大或减少电流采样，达到调节的目的。

当短接S2到I+或I-时，附加到分流器端的电压值为：

Vq=R1×Vx/（R20+R1）

R1、Vx已知，可通过改变R20的值来改变需要补偿的电压值。根据计算当R5为200 k时，Vq约为0.0003 mV。

在轻载时电流采样值：

Vi=2.5 mV×0.05=0.125 mV。

轻载误差改变量为：

0.0003/0.125=0.0024，

即0.24%，在校验台表现为轻载误差增大或减小0.24。

①频率选择电路：

ADE7755的输出频率由其SCF、S1、S0引脚决定，其中SCF的逻辑输入电平确定CF引脚的输出频率，S1、S0引脚的逻辑输入用选择数字或频率转换系数[12]。

②高/低频输出电路：

DE7755的CF为频率校验输出引脚，其输出频率反应瞬时有功功率的大小，常用于仪表校验，电路如图7所示。

R18为限流电阻，LED为脉冲指示灯，在校验时，可用常规光点采集脉冲指示灯发出的信号进行误差校验，U3为隔离光耦，其输出可连接误差校验台，快速对仪表进行校验。

C11为去耦电容，其作用一是滤除高频干扰信号对LED的影响，二是在高温环境下，对叠加到U3输入引脚的干扰信号起到一个放电通路的作用，防止U3误导通。

3 软件设计

程序采用C/S模式，以单片机作为Server端，采用C51语言进行编程，采用循环的工作方式，完成数据采集及发送，客户端采用了C#语言，实现客户端发送请求给服务端，服务端依据客户端的请求指令返回相应的数据，客户端接收数据后对数据进行存储并通过数据分析与计算得出结论，为社区管理人员提供依据。单片机主程序流程图8所示。

CP 2200控制器中的数据传输流程图9所示。

利用TCP协议进行数据传输，单片机此传输数据部分的流程图如图10所示。

主要函数如下：

UINT tcp_server（UCHAR xdata *inbuf，UINT header_len，UCHAR ，UCHAR resend）

在此函数上将采集到的数据进行逐级打包，添加IP头部和以太网头部，并通过CP 2200发送到客户端上。

在客户端采用C#编程，利用Socket类使用套接字与单片机服务端进行对接，使之可以建立TCP连接，进行数据的传输[13]。

4 结 语

实现温度采集功能模块，并对ADE电量采集模块进行可行性的分析。后续相关功能模块需要深入分析并进一步拓展，为实际应用打下深厚的基础。

社区养老智能化网络服务系统架构的构建，为社区养老智能化网络服务系统的完善提供了依据，其具有的应用前景为老年人养老提供一个便利的环境，增强老年人的幸福感。

参考文献：

[1] 范蟠果，吴金友，梁贵毅.基于CP 2200芯片的以太网控制器的设计[J].计算机测量与控制，2009，（5）.

[2] 刘泽军，于万霞.基于CP 2200以太网智能节点的研究与设计[J].微计算机信息，2007，（17）.

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