第21卷
Vol.21
第3期电子设计工程
No.3ElectronicDesignEngineering
2013年2月Feb.2013
新型电能计量芯片RN8302在智能电表中的应用
黄亮，王景存，康之讷，余唯
（武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北武汉430081）
摘要：针对目前电表计量范围小，规格多的问题，本文采用宽动态范围的新型电能计量芯片RN8302，设计了一款支持预付费和分时电价，具有RS485和调制式红外通讯、按键及红外停电唤醒抄表功能的三相四线制智能电表，介绍了系统设计、模拟信号输入电路、RN8302与MCU接口电路和软件实现。测试结果表明：在20mA～100A的电流范围内，有功电能的计量误差低于±0.3%，实现了高精度、宽量程的电能计量，减少了电表规格数量。关键词：RN8302；宽量程；预付费；智能电表中图分类号：TM933
文献标识码：A
文章编号：1674－6236（2013）03-0093-03
ApplicationofenergymeasurementICRN8302insmartwatt-hourmeter
HUANGLiang，WANGJing-cun，KANGZhi-ne，YUWei
（CollegeofInformationScienceandEngineering，WuhanUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430081，China）
Abstract:Asthesmall-scaleandmulti-specificationofthewatt-hourmeter，anewenergymeteringICRN8302withwidedynamicrangehasbeenusedinthispaper.Itdesignsasmartwatt-hourmeterofthree-phaseandfour-wire.Thewatt-hourmetersupportpre-paidandtime-ofuseelectricityprice.IthasRS485，modulationinfraredcommunicationandbuttons.Italsohastheinfraredawakenmeterreadingfunctionwhenpoweriscut.Inthispaper，thedesignofthesystem，theinputcircuitofanalogsignal，theinterfacecircuitofRN8302andMCUandtherealizationofsoftwarehavebeenintroduced.Thetestofsamplewatt-hourmetershowsthatinthe20mA～100Acurrentrange，themeasurementerrorofactiveenergyislessthan±0.3%.Theelectricenergymeteringachieveshigh-precisionandwide-range.Besides，thenumberofthewatt-hourmeter’sspecificationhasreduced.
Keywords:RN8302；widerange；prepayment；smartwatt-hourmeter
一般而言，电表量程与电能计量芯片的A/D采样动态范围相关。受已投放市场的电能计量芯片动态范围限制，电力公司不得不对电表规定较多的电流规格，以适应不同用电负荷用户的需求。由于电表的使用寿命一般为10年，但用户的用电需求可能在电表安装几年后出现较大的增长，使得最大负荷可能接近甚至超过电表的最大电流。为了用电安全需要，电力公司不得不更换大量处于使用寿命初、中期的电表，导致大量的资源浪费。宽量程的智能电表可以减少电表规格数量，解决增容换表的问题，而且有助于电表制造企业减少物料品种，简化生产工艺，提高生产效率[1-2]。
文中采用宽动态范围的新型电能计量芯片RN8302，设计了一款计量范围为20mA～100A（3×220V/380V）的宽量程的三相四线制智能电表，有功电能的计量误差低于±0.3%，达到国家电网0.5S级有功电能表精度要求[3]。文中将对该三相四线制智能电表的硬件主要部分和软件实现进行介绍。
片，拥有超宽的动态范围，电压和电流有效值在5000:1的动态范围内，非线性误差＜0.1%，完全满足国家电网0.5S级有功电能表精度要求。RN8302的电压和电流采样通道为
24bitsADC，共7路，采用全差分方式输入，3路用于相线电
流采样，一路用于零线电流采样，3路用于电压采样。提供全波、基波有功、无功、视在功率和方向等数据，支持无功四象限判断。具有潜动启动和二次侧互感器开短路检测功能。既支持功率校表法，也支持传统的脉冲校表法，适用于三相三线、三相四线制电能计量[4]。本设计的硬件电路主要包括：模拟信号输入电路和RN8302与MCU接口电路。
1.1系统设计
本系统采用新型RN8302芯片设计的三相智能电表，其
结构图如图1所示，主要包括采样电路、RS485和红外通讯、数据存储、预付费ESAM模块、时钟、按键、电源管理和LCD显示等部分。电表工作时，电压和电流经取样电路分别取样后，送至电能计量芯片RN8302。经计量芯片处理后，精确计算出有功功率、无功功率、视在功率等数据并保存在内部寄存器中。MCU定时读取计量芯片内部寄存器的数据，并完成输入输出操作和管理功能。主要的输入输出操作包括：RS485
1硬件设计
RN8302是一款新型的三相多功能防窃电电能计量芯
收稿日期：2012-10-09稿件编号：201210027
作者简介：黄亮（1986—），男，湖北仙桃人，硕士研究生。研究方向：电力电子技术。
－93－
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第3期电子设计工程
No.3ElectronicDesignEngineering
2013年2月Feb.2013
新型电能计量芯片RN8302在智能电表中的应用
黄亮，王景存，康之讷，余唯
（武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北武汉430081）
摘要：针对目前电表计量范围小，规格多的问题，本文采用宽动态范围的新型电能计量芯片RN8302，设计了一款支持预付费和分时电价，具有RS485和调制式红外通讯、按键及红外停电唤醒抄表功能的三相四线制智能电表，介绍了系统设计、模拟信号输入电路、RN8302与MCU接口电路和软件实现。测试结果表明：在20mA～100A的电流范围内，有功电能的计量误差低于±0.3%，实现了高精度、宽量程的电能计量，减少了电表规格数量。关键词：RN8302；宽量程；预付费；智能电表中图分类号：TM933
文献标识码：A
文章编号：1674－6236（2013）03-0093-03
ApplicationofenergymeasurementICRN8302insmartwatt-hourmeter
HUANGLiang，WANGJing-cun，KANGZhi-ne，YUWei
（CollegeofInformationScienceandEngineering，WuhanUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430081，China）
Abstract:Asthesmall-scaleandmulti-specificationofthewatt-hourmeter，anewenergymeteringICRN8302withwidedynamicrangehasbeenusedinthispaper.Itdesignsasmartwatt-hourmeterofthree-phaseandfour-wire.Thewatt-hourmetersupportpre-paidandtime-ofuseelectricityprice.IthasRS485，modulationinfraredcommunicationandbuttons.Italsohastheinfraredawakenmeterreadingfunctionwhenpoweriscut.Inthispaper，thedesignofthesystem，theinputcircuitofanalogsignal，theinterfacecircuitofRN8302andMCUandtherealizationofsoftwarehavebeenintroduced.Thetestofsamplewatt-hourmetershowsthatinthe20mA～100Acurrentrange，themeasurementerrorofactiveenergyislessthan±0.3%.Theelectricenergymeteringachieveshigh-precisionandwide-range.Besides，thenumberofthewatt-hourmeter’sspecificationhasreduced.
Keywords:RN8302；widerange；prepayment；smartwatt-hourmeter
一般而言，电表量程与电能计量芯片的A/D采样动态范围相关。受已投放市场的电能计量芯片动态范围限制，电力公司不得不对电表规定较多的电流规格，以适应不同用电负荷用户的需求。由于电表的使用寿命一般为10年，但用户的用电需求可能在电表安装几年后出现较大的增长，使得最大负荷可能接近甚至超过电表的最大电流。为了用电安全需要，电力公司不得不更换大量处于使用寿命初、中期的电表，导致大量的资源浪费。宽量程的智能电表可以减少电表规格数量，解决增容换表的问题，而且有助于电表制造企业减少物料品种，简化生产工艺，提高生产效率[1-2]。
文中采用宽动态范围的新型电能计量芯片RN8302，设计了一款计量范围为20mA～100A（3×220V/380V）的宽量程的三相四线制智能电表，有功电能的计量误差低于±0.3%，达到国家电网0.5S级有功电能表精度要求[3]。文中将对该三相四线制智能电表的硬件主要部分和软件实现进行介绍。
片，拥有超宽的动态范围，电压和电流有效值在5000:1的动态范围内，非线性误差＜0.1%，完全满足国家电网0.5S级有功电能表精度要求。RN8302的电压和电流采样通道为
24bitsADC，共7路，采用全差分方式输入，3路用于相线电
流采样，一路用于零线电流采样，3路用于电压采样。提供全波、基波有功、无功、视在功率和方向等数据，支持无功四象限判断。具有潜动启动和二次侧互感器开短路检测功能。既支持功率校表法，也支持传统的脉冲校表法，适用于三相三线、三相四线制电能计量[4]。本设计的硬件电路主要包括：模拟信号输入电路和RN8302与MCU接口电路。
1.1系统设计
本系统采用新型RN8302芯片设计的三相智能电表，其
结构图如图1所示，主要包括采样电路、RS485和红外通讯、数据存储、预付费ESAM模块、时钟、按键、电源管理和LCD显示等部分。电表工作时，电压和电流经取样电路分别取样后，送至电能计量芯片RN8302。经计量芯片处理后，精确计算出有功功率、无功功率、视在功率等数据并保存在内部寄存器中。MCU定时读取计量芯片内部寄存器的数据，并完成输入输出操作和管理功能。主要的输入输出操作包括：RS485
1硬件设计
RN8302是一款新型的三相多功能防窃电电能计量芯
收稿日期：2012-10-09稿件编号：201210027
作者简介：黄亮（1986—），男，湖北仙桃人，硕士研究生。研究方向：电力电子技术。
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