基于半導(dǎo)體的單相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電表設(shè)計(jì)

1.6液晶顯示

國(guó)網(wǎng)智能電表要求電表能夠支持液晶LCD顯示運(yùn)行信息。顯示模塊采用上海復(fù)控華龍公司的HL9576 LCD顯示驅(qū)動(dòng)芯片，功耗低，同樣采用I2C接口，通過(guò)SDA腳和SCL腳與2B8的引腳相連，接收2B8下發(fā)的顯示數(shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)液晶顯示屏顯示。通過(guò)液晶上的各種顯示字符組合來(lái)顯示電表各種運(yùn)行信息，從而方便用戶(hù)使用。

1.7電源模塊

由于智能電表要求能夠停電喚醒，智能電表的電源供給：一是由火線(xiàn)和零線(xiàn)的主電壓提供電源，另一部分是由在主電源無(wú)效的情況下提供備用鋰電池電源，以滿(mǎn)足電表MCU、時(shí)鐘芯片和液晶顯示的需要。

1.8輸出模塊

與以前使用的電能表不同，智能電表輸出的LED指示燈的功能也不相同。拉閘指示燈用來(lái)指示用戶(hù)負(fù)載的切斷與否，報(bào)警指示燈用來(lái)指示電表運(yùn)行中發(fā)生的異常，電表運(yùn)行脈沖指示LED用來(lái)指示用戶(hù)用電，脈沖輸出用來(lái)校表及計(jì)量，脈沖輸出的電路和多功能口輸出電路由普通I/O加光耦隔離實(shí)現(xiàn)。

1.9 ES AM模塊

ESAM安全模塊的應(yīng)用是和各種專(zhuān)用或通用智能設(shè)備相關(guān)的，對(duì)于所有需要身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密/解密、安全存儲(chǔ)、通訊保密等較高數(shù)據(jù)安全要求的產(chǎn)品和應(yīng)用系統(tǒng)，ESAM嵌入式安全控制模塊都可以發(fā)揮其獨(dú)到的安全控制作用。

對(duì)于單相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電表而言，電費(fèi)的計(jì)算在遠(yuǎn)程售電系統(tǒng)中完成，表內(nèi)不存儲(chǔ)、顯示與電費(fèi)、電價(jià)相關(guān)的信息。電能表接收遠(yuǎn)程售電系統(tǒng)下發(fā)的拉閘、允許合閘、ESAM數(shù)據(jù)抄讀指令時(shí)，需通過(guò)嚴(yán)格的密碼驗(yàn)證及安全認(rèn)證。可見(jiàn)，在智能電表中ESAM模塊只負(fù)責(zé)完成安全認(rèn)證和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，此模塊可在國(guó)家電網(wǎng)公司設(shè)置完畢后，提供給表廠(chǎng)安裝在智能電表中。今后的數(shù)據(jù)存取以及密鑰的安全認(rèn)證過(guò)程都在遠(yuǎn)程主站系統(tǒng)與智能電表中的ESAM模塊之間進(jìn)行，與表中的微控制器無(wú)關(guān)，微控制器仍然由表廠(chǎng)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，完成智能電表的功能。這樣既實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的安全性由運(yùn)行管理方控制，又不妨礙表廠(chǎng)繼續(xù)發(fā)展和完善智能電表的功能和性能。是一種較為理想的方案。

2系統(tǒng)工作原理

2B8實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)供電的狀態(tài)，當(dāng)上電檢測(cè)模擬端口檢測(cè)到外部220 V供電時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)內(nèi)部主時(shí)鐘全速運(yùn)行，通過(guò)SPI口與計(jì)量RN8209通訊，實(shí)時(shí)讀取電表運(yùn)行的狀態(tài)內(nèi)容，如實(shí)時(shí)電壓、電流值、功率、功率因數(shù)等，并判斷是否在正常工作范圍內(nèi)，如出現(xiàn)異常，通過(guò)I2C與RX8025T通訊，讀取此刻時(shí)間，然后將這些數(shù)據(jù)通過(guò)I2C通訊存儲(chǔ)到24LC512中，以備主站系統(tǒng)查詢(xún)，同時(shí)報(bào)警指示燈報(bào)警，通過(guò)I2C通訊將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)紿L9576內(nèi)并顯示在LCD液晶屏上。智能電表運(yùn)行過(guò)程中，不斷讀取RX8025T的時(shí)間值，來(lái)判斷是否可進(jìn)入下一費(fèi)率時(shí)段運(yùn)行，進(jìn)行時(shí)段投切。

當(dāng)智能電表接收到紅外或485通訊信道下發(fā)格式DL/T645—2007的命令數(shù)據(jù)，電表通過(guò)規(guī)約解析，通過(guò)I2C通訊讀取24LC512中的數(shù)據(jù)，打包后通過(guò)紅外或485通訊信道上傳。如485通訊信道接收到遠(yuǎn)程主站系統(tǒng)下發(fā)的加密費(fèi)控命令，2B8會(huì)將此數(shù)據(jù)傳送給ESAM模塊進(jìn)行解密分析，成功后返回給2B8，通過(guò)命令分析2B8執(zhí)行相應(yīng)的費(fèi)控操作。外部220 V供電消失后，系統(tǒng)電源切換到備用鋰電池電源，關(guān)閉內(nèi)部高速時(shí)鐘，啟動(dòng)低速時(shí)鐘，關(guān)閉外圍功能，進(jìn)入低功耗工作狀態(tài)。

3結(jié)語(yǔ)

這款基于RENESAS半導(dǎo)體的單相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電表設(shè)計(jì)，能根據(jù)不同的時(shí)段設(shè)置，實(shí)現(xiàn)電能分時(shí)計(jì)量，存儲(chǔ)大量電表運(yùn)行數(shù)據(jù)，便于智能電網(wǎng)的運(yùn)行分析，采用RS485串行通訊，實(shí)現(xiàn)電量自動(dòng)回抄，實(shí)時(shí)校時(shí)，接收遠(yuǎn)程主站系統(tǒng)下發(fā)的費(fèi)控命令，經(jīng)EASM驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)費(fèi)控功能。