摘要：介绍了一种实时需量监控器的设计方法，采用STM32F103R8T6作为主控芯片，参照最大需量电能表的国家标准(JB/T 7657-1995)，给出了关键的硬件和软件的设计方法;监控器经过试用，结果表明能很好的跟踪负荷需量的实时变化，为用户的节能降耗起到指导作用。
0引言
国家电力公司针对变压器容量在315 KVA以上的大工业用户，规定其基本电费的计算方式可以按照变压器容量或者最大需量两种方式进行(两部制电价);这两种计费方式会直接影响基本电费的大小，具体方法分别为：
1)按照固定的变压器容量计算，
基本电费(月)=变压器容量(kVA)×容量电价(元/kVA);
2)按照用户每月实际的最大需量计算，
基本电费(月)=当月需量计费值(kW)×基本电费需量电价(元/kW);
目前国家新兴产业繁多，对于一些当前投资前景较好的领域而言，民营企业在公司前期试运行期间，采用(2)的计价方式会比较有优势，尤其是在选用变压器容量较大的情况下这种效果会很突出.但是电力公司对用户超过需量核准值的5%以上部分，会加倍收取基本电费，客户苦不堪言，公司目前就有客户碰到了这样的情况，每月最大需量总是会超过和供电局约定值，因此每月都会被加倍收取基本电费;客户求助于我司，希望寻求一种解决问题的方法。
本文阐述了一种基于Cortex-M3内核的电力负荷实时需量监控器，该产品在实时监测用户负荷的前提下，可以利用其I/O(开关量输入/输出)模块与接触器配合实现负荷的监控/预警/控制功能，从而保证系统运行时不超需量运行，提高系统运行的稳定性。为陈述方便，先约定：本文中的实时需量为每分钟计算所得的最大需量平均值，也称为瞬时需量。
1产品硬件设计
该产品采用图1的硬件框架，由单片ST的ARM芯片STM32F103R8T6来完成整体功能设计;
1.1芯片介绍
STM32F103R8T6(32位)采用先进的Cortex-M3内核和哈佛结构，拥有单周期乘法指令和硬件除法指令;外围端口资源丰富，内部RAM可达48K，FLASH最大可达512K，内核运行速度可达60M，最多可带9个定时器，多路PWM输出资源，多个SCI、SPI、IIC接口，拥有12通道DMA控制器;IO口可以承受5V电压输入，内部还带有多种运行功耗模式，非常适合嵌入式产品的开发。按照上述图1的硬件设计方案，实时需量监控器主要分为信号采集、显示模块、键盘处理、通讯接口以及开关量模块5个部分，键盘处理和通讯接口的相关文章介绍的已经比较多了，这里就不再赘述了，简要介绍一下信号采集、液晶驱动以及开关量输出模块的设计。
1.2电压、电流信号的采集
国内低压电力系统电压等级一般为0.4kV，按照电压等级设计电压取样信号，采用PT(2mA/2mA)电阻分压的方式进行，分压电阻RA1/RA2/RA3取100K欧，取样电阻为690欧，按照400V电压考虑，图2中取样电阻R9两端峰值电压为1.414*400*690/300 = 1.3V;ST的AD是单端输入，因此Vref取1.3V左右，确保采样信号能毫无保留的进入AD。
1.3液晶驱动电路
监控器采用字段式液晶显示，驱动芯片采用HT1622,该芯片性能稳定，EMC可靠性高，MCU数据可以成块写入驱动，数据交换速度快、效率高。液晶背光是有一定使用寿命的，图3中BG_CS是MCU液晶背光的控制脚，通过该控制脚实现液晶延时关闭背光。
1.4开关量驱动电路
继电器属于功率器件，图4中驱动电路由NPN三极管完成，三极管左边的R204和C202是用来吸收DO1引脚上的抖动毛刺，当DO1为高电平时，三极管Q202开通，发射极和集电极压差很小，继电器RL202线圈中有电流流过，触点闭合，DO1+、DO1-连通;当DO1为低电平时，三极管Q202关断，发射极和集电极压差接近5V，但此时继电器RL202线圈中还存在瞬时电流，根据楞次定律，会产生反向电动势，将通过D202续流耗尽;随后触点可靠断开，DO1+、DO1-不通;
