新型单片机电能表抄表系统设计

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摘要:介绍了一种基于MSP430单片机的复费率单相电能表的主电路及通信接口电路,给出了其具体电路,采用AD7755作为
  t" Z  K* ?8 O  x专用电量测量芯片以保证测量脉冲数的准确性硬件日历时钟及参数存储采用总线器件以减少电路连线。综合设计使电能
& s4 u: I  H* s/ A表的工作可靠性得到大大提高。同时对系统的软件设计和可靠性设计也作了介绍。
- ?$ U) w* M. N( X, S关键词:单片机;远程抄表; AD7755
1引言
8 C; m- }* H0 s, N" k3 K1 k4 M人均用电量大幅度增加使得“一户一表制”得到大面积推
. U+ S* k! M' e广，,对电能表的要求和需求大幅度增加。电力部门已试行峰谷不
同电价的计费办法，同时采用智能化远程抄表、自动计量计费等
方法以解决人工抄表存在的诸多问题，减轻劳动强度。该仪表是
$ ]- p2 S$ T% Z& R$ @; J以高性能微控制器为主控芯片进行分时计量控制的新型智能
' i& ^0 P" C# O  U型计量仪表,具有分时段计费和连续计量功能,可以达到计划用
电的目的。这里给出了一种基于超低功耗MSP430单片机的复
5 [6 T, ^( \# k$ U5 o费率电能表的硬件实现方案和软件设计思想。
4 {  ^  V' y4 W4 ]) q+ c2硬件电路设计
1 G) u9 O: z+ c$ [' c$ [% @+ v2.1系统总体结构
本方案中硬件采用TI公司高性能的16位超低功耗单片
# r$ r7 d& X: y% D机MSP430F413作为主控mcu[1],它具有8Kflash,16 位RISC结
3 Z; e1 Y2 t8 Z. @! k& e! V构,CPU中的16个寄存器和常数发生器使MSP430微控制器能
达到最高的代码效率;灵活的时钟源;数字控制的DCO可使器
件从低功耗迅速唤醒,同时结合电量计量专用芯片AD7755,可
以使电表硬件部分大为简化，而且很方便实现智能控制。系统总
体结构如图1所示。
3 w0 z  q$ O0 r) p2 A6 {
2.2时钟电路设计
$ Y& W" A& b# Z/ `( G) T) t智能分时计费电能表中必须要有实时时钟,分为硬时钟和
' X3 o. g9 }: a% T4 M软时钟两种。在众多的实时时钟芯片中，我们选用了PHILJPS公
司的PCF8563。它是一款具有极低功耗的多功能时钟/日历芯
: Y, o2 a) x$ X7 |片,具有多种报瞥功能、定时器功能、时钟输出功能及中断输出
9 t& J3 e0 e; D& T0 ~' H. f+ F功能,可以完成各种复杂的定时服务。尤其是其采用IC总线通，
8 L5 S) J0 ]9 ]2 c- k1 X0 b讯方式，不但使外围电路极其简洁，而且也增加了芯片的可靠性。
. Q1 ?& @; [* ]" r# l! ?4 A& c6 `本系统PCF8563与MSP430接口采用图2所示接口方案。
/ Z) n; x5 w7 E& S" y7 A; z! `接口采用3根口线,PCF8563的INT脚产生周期为1s的脉冲中
) l- W3 V6 b1 X$ ^  ~/ B断信号给MSP430单片机的P1.4引脚作为中断触发信号,产生
: F7 G% A' M5 W2 ?) i7 d* t, \$ f; s中断后,通过IC总线读取PCF8563的基准时间。按PC总线规.
约,PCF8563的从地址:读地址SLAR为A3H、写地址SLAW为
+ F1 K6 T8 t: iA2H,PCF8563I2C通信实现有字节写1读两种状态。由于在
MSP430单片机中没有PC总线的硬件，所以采用软件模拟PC
读写数据的方法。
4 j) K8 D3 U) `- \
$ q! z- v: S. c6 Q( ~- w. ?: j是一种量程宽、精度高，内部具有掉电、上电自动复位电路的高
准确度电能测量专用集成电路[2]。AD7755为低功耗的CMOS芯
片,内部除了ADC和滤波、相乘电路外都采用了数字电路,有效
的去除了尖脉冲等干扰信号,使得它在恶劣的环境条件下仍能保
) O9 i' e3 ]1 ]( A1 T持极高的准确度和长期的稳定性。引脚CF以较高频率形式输出
有功功率瞬时值,用于与MCU接口,其接线图如图3所示。

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智能分时计费电能表中必须要有实时时钟,分为硬时钟和软时钟两种