新型微控制器在防竊電及計量電表中的應(yīng)用

　　1引言 

　　防竊電與計量單相電表是當今智能化建筑領(lǐng)域中不可少的安全控制項目.如何用運用微控制器技術(shù)的嵌入式解決方案進行設(shè)計是工程技術(shù)人員與社區(qū)所關(guān)心的問題。為此,本文就防竊電及計量電表中微控制器嵌入式技術(shù)的應(yīng)用作研討。 

　　2面臨的挑戰(zhàn) 

　　當前，電子式電能表的防竊電與計量技術(shù)在電能表行業(yè)中的地位越來越重要，人們所意識到尤其是竊電現(xiàn)象和防竊電技術(shù)的類型在不斷增多，而且每年都會針對新的竊電行為研究出相應(yīng)的防竊電與計量技術(shù)。其特點是，無論在任何國家任何地區(qū)內(nèi)，都要求電能表有防竊電的計量。 

　　以往，在傳統(tǒng)的電子式電能表設(shè)計中，由于以下原因，導(dǎo)致不能較完善地檢測或處理竊電行為：僅使用進線端的電壓和火線的進出端所流經(jīng)的電流作為電能計量的依據(jù);絕大多數(shù)沒有使用很可靠的鉛封;一些竊電方式很易操作，但卻很難檢測。 

　　為此，如何運用微控制器技術(shù)的嵌入式方案以解決當前多種竊電行為或技術(shù)的研發(fā)己成為智能化建筑領(lǐng)域中不可少的安全控制項目。 

　　2.1當今應(yīng)用微控制器嵌入式技術(shù)的計量與防竊電電表方案 

　　2.1.1新型單片電能表微控制器 

　　如今，用戶電表正逐漸朝著多費率、多功能和高精度方向發(fā)展。該新型單片電表微控制器的功能和應(yīng)用性，使多功能、多費率電表沒計更加簡單和可靠，實現(xiàn)更加高效的電能傳送，有效提高電表生產(chǎn)和制造效率。最基本的多費率、多功能全電子電表的基本架構(gòu)為：采集輸入電壓和輸入電流信號的轉(zhuǎn)換器、顯示屏、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)、非易失存儲器 

　　存儲器是用來存儲程序和數(shù)據(jù)的部件，有了存儲器，計算機才有記憶功能，才能保證正常工作。它根據(jù)控制器指定的位置存進和取出信息。 

　　電源及內(nèi)嵌程序的微控制器。將上述大部分功能電路與微控制器集成在一起。以Maxim的單片電表微控制器MAXQ2000為例，它在單一硅片上集成了雙路16位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，分別用于電壓和電流信號的采樣和轉(zhuǎn)換;兩個全功能異步串行通信口(其中一個可以配置為紅外信號模式);一個液晶顯示控制器和一個獨立的16X16乘法器;芯片上還集成了足夠的數(shù)據(jù)、程序存儲器，以滿足多費率、多功能電表的復(fù)雜要求。圖1為以MAXQ2000微控制器為核心的單相電表基本架構(gòu)示意圖。 

　　2.1.2關(guān)于電壓輸入轉(zhuǎn)換 

　　從圖1可知，方案中采用電阻，物質(zhì)對電流的阻礙作用就叫該物質(zhì)的電阻。電阻小的物質(zhì)稱為電導(dǎo)體，簡稱導(dǎo)體。電阻大的物質(zhì)稱為電絕緣體，簡稱絕緣體。 

　　分壓網(wǎng)絡(luò)將電壓輸入轉(zhuǎn)換成微控制器內(nèi)部ADC可接受的-1V到+1V輸入。電流信號輸入端，采用一個并聯(lián)電流分流器將電表的電流輸入信號轉(zhuǎn)換為小信號電壓輸入。通過分流器的電壓信號必須足夠低，盡量降低功率損耗：一個0.5mΩ的分流器(假定輸入最大電流等于40A)只能提供0mV的滿擺幅電壓輸出，但其功耗接近1W。 

　　2.1.3關(guān)于架構(gòu)中串行通信口 

　　從圖1可知，有2個外部串行通信口與微控制器相連。其一是基于RS-485標準協(xié)議的通信口。在EIA485通信網(wǎng)絡(luò)中，用PC作為網(wǎng)絡(luò)的主控制器。隨著PC輪詢這些電表，它們會進行響應(yīng)，將表示所用電量的數(shù)據(jù)包上傳，PC匯總所有用戶數(shù)據(jù)之后再傳送至計費中心;其二是紅外發(fā)送和接收系統(tǒng)，它基于簡單的異步通信協(xié)議。通過簡單的調(diào)制電路將串口輸出數(shù)據(jù)“o”調(diào)制為38kHz信號，數(shù)據(jù)“1”則不調(diào)制。 

　　2,2選擇微控制器MSP430F2012或單芯片ADE7169的單相防竊電電表方案 

　　MSP430FE42X系列單片機 

　　單片機是單片微型計算機(Single-ChipMicrocomputer)的簡稱，是一種將中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)集成到一塊硅片上構(gòu)成的微型計算機系統(tǒng)。 

　　將電能計量模塊直接嵌入在MSP430十六位單片機內(nèi)部，相當于把一個電計量芯片與一個MCU的結(jié)合，他使得單相電表的設(shè)計進一步簡化，成本也得到進一步的降低。而單芯片ADE7169在單相防竊電電表也具有與MSP430F2012相同和獨特之優(yōu)勢。 

　　該單相防竊電電表方案的防竊電技術(shù)是智能化建筑領(lǐng)域中安全控制的重要項目，它具有兩路電流輸入采樣和內(nèi)部竊電判斷;通過數(shù)字增益調(diào)節(jié)，兩路電流增益可以保持一致;當檢測到掉零線故障時，可以按照電流有效值計