智能電表之自動(dòng)抄表主流方案盤點(diǎn)（二）

　　系統(tǒng)供電采用LM7805整流后的+3.3V直流電源，以+4.5V電池組作為后備電源；系統(tǒng)采用4×4矩陣鍵盤進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；外擴(kuò)了FM24C16以增加系統(tǒng)數(shù)據(jù)儲(chǔ)能力；用戶的用電量顯示可精確到最新10m內(nèi)的用電量，采用6只共陰極LED數(shù)碼管構(gòu)成的動(dòng)態(tài)掃描顯示電路第一位采用16進(jìn)制數(shù)字表示16個(gè)用戶，其后的5位數(shù)字顯示相應(yīng)用戶的當(dāng)前用電量，精度可以精確到小數(shù)點(diǎn)后2位數(shù)。也可以將其用電量數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)處理后直接循環(huán)逐次顯示當(dāng)前用電費(fèi)用，采用不同時(shí)刻不同費(fèi)率的計(jì)算處理手段同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)計(jì)費(fèi)復(fù)費(fèi)率功能。其具體硬件原理連接電路圖如圖2所示。

　　測(cè)量及其執(zhí)行單元原理圖電路構(gòu)建

　　測(cè)量單元中數(shù)字式電能計(jì)量芯片采用ADE7755，16選1數(shù)據(jù)選擇器采用74LS150。執(zhí)行單元中4線—16線數(shù)據(jù)輸出控制器采用74HC154，SSR采用MOC3061+IGBT。

　　ADE7755是美國(guó)著名的ADI公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一種脈沖輸出的電能計(jì)量集成芯片，在惡劣的環(huán)境條件下仍能保持極高的準(zhǔn)確度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。它內(nèi)部集成了包含相位校正、乘法器、數(shù)字一頻率轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理電路組成的電能計(jì)量運(yùn)算的核心電路，并能將電量以與瞬時(shí)功率成正比的脈沖輸出形式提供給MCU，單片機(jī)只需通過(guò)計(jì)數(shù)器自動(dòng)記錄一定時(shí)間間隔內(nèi)傳送的脈沖數(shù)，然后與功率/頻率轉(zhuǎn)換參數(shù)相乘即可得出這一時(shí)間段內(nèi)的用電量。單片機(jī)在不同時(shí)間采用不同的費(fèi)率/功率參數(shù)即可方便的實(shí)現(xiàn)復(fù)功率計(jì)費(fèi)。

　　ADE7755中SCF=0，S1=S0=1。CF輸出選擇最高頻輸出模式，儀表脈沖/功率輸出常數(shù)為204800imp/kWhr，戶用電最大電流值為20A，則PMAX=2.2kW，CFMAX=125Hz，系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求CFMIN=0.5Hz，則PMIN=8.8W。即文中的多用戶智能電表能夠測(cè)量的最低功率為8.8W。

　　MSP430F133通過(guò)對(duì)74LS150的A、B、C、D4個(gè)引腳的不同置位實(shí)現(xiàn)E0-E15共16條通道的依次接通。而ADE7755將當(dāng)前用電功率以脈沖頻率的形式輸送到MSP430F133，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表；一旦上位集中器發(fā)送斷電命令，單片機(jī)通過(guò)4線—16線數(shù)據(jù)輸出控制器74HC154的置位控制相應(yīng)的SSR固態(tài)繼電器實(shí)現(xiàn)斷電，原理是通過(guò)光電耦合器MOC3061驅(qū)動(dòng)IGBT的關(guān)斷。其具體硬件原理連接電路圖如圖3所示。

　　通訊單元原理圖電路構(gòu)建

　　CC2420只需要極少的外圍元器件，它的外圍電路包括晶振時(shí)鐘電路、射頻輸入／輸出匹配電路和微控制器接口電路三個(gè)部分。其硬件原理連接電路圖如圖4所示。

　　CC2420內(nèi)部使用1.8V工作電壓，因而功耗很低，適合于電池供電的設(shè)備;外部數(shù)字I/O接口使用3.3V電壓，這樣對(duì)于只有3.3V電源的設(shè)備，不需要額外的電壓轉(zhuǎn)換電路就能正常工作。CC2420射頻信號(hào)的收發(fā)采用差分方式傳送，其最佳差分負(fù)載是115+j180，阻抗匹配電路應(yīng)該根據(jù)這個(gè)數(shù)值進(jìn)行調(diào)整。如果使用單端天線則需要使用平衡/非平衡轉(zhuǎn)換電路，以達(dá)到最佳收發(fā)效果。CC2420與處理器的連接非常方便。它使用SDF、FIFO、FIFOP、和CCA四個(gè)引腳表示收發(fā)數(shù)據(jù)的狀態(tài);而處理器通過(guò)SPI接口與CC242O交換數(shù)據(jù)、發(fā)送命令等;CC2420通過(guò)4線SPI總線（SI、SO、SCLK、CSn）設(shè)置芯片的工作模式并實(shí)現(xiàn)讀／寫緩存數(shù)據(jù)、讀／寫狀態(tài)寄存器等。通過(guò)控制FIFO和FIFOP管腳接口的狀態(tài)可設(shè)置發(fā)射／接收緩存器。

　　軟件設(shè)計(jì)

　　電表系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括主程序設(shè)計(jì)和通訊程序設(shè)計(jì)，在此只講主程序的設(shè)計(jì)，其流程圖如圖5所示。