具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：如附图1所示，一种用于对多个用户进行电能计量的多用户综合型计量装置，包括电流互感电路、电压互感电路、第一多路模拟选择开关、第二多路模拟选择开关、第一A/D转换器、第二A/D转换器、FPGA、显示模块、存储模块、通讯模块、按键模块。电流互感电路与多个用户相连接，用于对多个用户的电流信号进行采样。电压互感电路与多个用户相连接，用于对多个用户的电压信号进行采样。第一多路模拟选择开关与电流互感电路相连接，用于分时选通所需用户的电流信号并输出。第二多路模拟选择开关与电压互感电路相连接，用于分时选通所需用户的电压信号并输出。第一A/D转换器与第一多路模拟选择开关相连接，用于将所选通的电流信号对应转换为电流数字信号。第二A/D转换器与第二多路模拟选择开关与第二多路模拟选择开关相连接，用于将所选通的电压信号对应转换为电压数字信号。FPGA分别与第一A/D转换器、第二A/D转换器的、第一A/D转换器、第二A/D转换器相连接，用于控制第一多路模拟选择开关和第二多路模拟选择开关进行分时选通，并基于第一A/D转换器和第二A/D转换器送来的所选通的用户通道的电流和电压对各个用户进行电能计量。显示模块与FPGA相连接，用于显示各个用户的电能计量信息。存储模块与FPGA相连接，用于存储各个用户的电能计量信息。通讯模块与FPGA相连接，用于进行双向通讯。

如附图2所示，本发明中的FPGA方案如下：FPGA中内嵌软核CPU，其包括Avalon总线，软核CPU即悬挂在Avalon总线上，其还包括悬挂在Avalon总线上的A/D控制器、显示控制器、存储控制器、通讯控制器、FFT模块、PLL模块、FIR模块、定时模块Timer、第一输入输出模块、EPCS控制器、SDRAM控制器、第一SPI控制器、第二SPI控制器、UART模块、第二输入输出模块，则第一A/D转换器和第二A/D转换器与A/D控制器相连接，显示模块与显示控制器相连接，存储模块与存储控制器相连接，通讯模块与通讯控制器相连接。通过Avalon总线实现各功能模块间数据的直接传输，不同于一般总线，Avalon总线上的所有设备都可以当作主设备，互相之间都可以进行数据通信。

本实施例中，FPGA类型为CycloneII的EP2C8Q，其中包括8256个逻辑块，165KRAM和36个M4K RAM Blocks，18个嵌入式乘法器以及2个锁相环PLL、138个I/O口等，是一款集成度较高、性能也较为强大的FPGA芯片。

FPGA采用SOPC技术设计，其内嵌的软核处理器为NosiⅡ软核处理器，这是一种采用流水线技术和哈佛结构的通用RSIC处理器，是一种面向用户的，可根据用户实际需求自由定制的32位的嵌入式CPU。NosiⅡ在SOPC集成上具有明显优势，接口可以灵活选择，系统性能得以提升，减少系统成本，延长系统使用寿命，功能强大、易用。Avalon总线是为SOPC解决方案而开发出的一套片内总线系统，是一种用于实现Nios系列软核处理器与片内外设连接的总线结构，优化了片上系统的互联规则，提供了一种易用的接口规范，具有不可或缺的作用。Avalon总线对一系列信号以及这些信号支持的传输模式和行为进行了定义，采用交换式的总线结构，具有简单性、高性能、总线规范、占用资源少、主从接口具有一致性等特点，其用用可以大大提升运行效率。

电能计量分析采用电能计量分析采用IP Core来完成。即利用FPGA的自身优势，调用其内部的IP Core对收集到的数字信号进行运算处理，得出电压、电流有效值，有功、无功功率等电力参数结果。

如附图3所示，软核CPU中实现电能计量的有功电能计量模块包括用于对电流信号进行降速采集的第一CIC抽取滤波器、用于对电压信号进行降速采集的第二CIC抽取滤波器、与第一CIC抽取滤波器相连接的第一IIR高通滤波器、与第二CIC抽取滤波器相连接的第二IIR高通滤波器、分别与第一IIR高通滤波器和第二IIR高通滤波器相连接从而计算得到功率数据的乘法器、与乘法器相连接的FIR低通滤波器、与FIR低通滤波器相连接并用于对无功功率进行过滤的DFC数字频率变换器。其中，第一IIR高通滤波器、第二IIR高通滤波器均为椭圆型滤波器。其工作原理为：u(t)和i(t)是经过数据收集单元转换为采样速度是32kHz的16bit精确度的数字信号。为加速FPGA在一个时钟频率内的工作效率，采取CIC抽取滤波器分别实现 u(t)和i(t)降低采集速率的做法，这时的电压电流信号中会含有部分直流分量，需要经IIR高通滤波器将产生的直流成分消除从而减少系统造成的误差，之后将处理后的电压电流数据信息送至乘法器中做乘法运算，得出瞬时功率。有效功率其实就是刚计算得出的瞬时功率里面的直流分量，恰恰这个时候需要运用FIR低通滤波器对瞬时功率完成低通滤波。因为瞬时功率中会有部分谐波分量，但是低通滤波器不属于理想型的，所以输出的功率中会存在少量的无功功率。最后选择DFC数字频率变换器对无功功率进行过滤，其输出同周期成反比的脉冲，可以算出有功电能。

前端的电流互感电路和电压互感电路是信号调理电路的伊始，能够将高压信号通过相应的比例变换为低压信号，转换后的低压信号传输给对应的A/D转换器。对于电流互感电路，在设计过程中，需要考虑用户接入电器的种类及数量可能性，避免因电流输入过大或过小造成不便，因此选用型号TA17（L）-04的电流型互感器，其包括超微晶铁芯，可以在-55℃～85℃的环境中进行工作；频响为20Hz-20KHz，且具有较好的线性度。对于电压互感电路，外部输入 220V/50Hz交流电压信号时，本设计选用型号为TV19-E的互感器，其选择铁芯是超微晶环材料的，全密封，可靠性高；频响为20～20kHz；额定电流5mA/5mA；线性度优于0.2%，耐冲击性强；隔离耐压AC2000V/1分钟；互感器两端的电流比与匝数比有关。

A/D转换器选用AD73360芯片，由于AD73360选择∈−∆方法，里面包括了数字抽取滤波器，能够通过采样频率来对抗混叠进行滤波工作，只要在其输入端处增添一个一阶RC滤波器。因此，第一A/D转换器、第二A/D转换器均包括A/D转换芯片、设置于A/D转换芯片输入端的一阶RC滤波器。

对电能参数的实时处理中，有大量的数据需要存储，如存储用户的用电信息、存储电表系统运作进程中出现的异常情况的准确时间及类型等。为了满足上述需求，存储模块包括SDPAR和FLASH。

显示模块包括LCD显示屏，通过LCE显示屏可以查看用户当前的用电信息和系统故障信息等。还可以配置与FPGA相连接的按键模块，对所需显示的信息进行相应的选择等操作。

通讯模块包括RS485总线，可以将电能计量信息传输至PC端等处以及接收远方指令等，方便管理。

多用户综合型计量装置还包括电源模块，电源模块包括用于降压的变压器、与变压器相连接的桥式整流电路、与桥式整流电路相连接的滤波电路、与滤波电路相连接的稳压电路，从而可以将220V交流市电转换为5V/3.3V直流工作电源并提供给所需单元。

此外，该多用户综合型计量装置还可以包括时钟电路、配置电路等。

上述方案的多用户综合型计量装置的基本功能如下：

计量功能：先由多路模拟开关模块将经电压、电流互感电路处理后的小电压、电流信号输入到A/D转换器中，然后对采集到的信息进行运算，从而快速精准的计量出各个用户的电能消耗情况。

显示功能：在液晶显示屏上能够直观地呈现出用户当前的用电量信息。多用户计量采用依次类推的方式对相应的用户的电参数信息及时呈现。

存储功能：多用户电能计量能够将不同用户的用电信息分别存储到已经配置好的存储器内，当系统出现断电或者发生故障的情况下，可以保证用户的用电信息不会丢失。

传输功能：为便于用电管理中心统计电能使用信息，综合型计量装置应具有双向通信的功能，实现用电数据的自动集抄，为此可通过RS485通讯或者无线通讯方式实现电参数的及时传输。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。