新型微控制器在防竊電及計量電表中的應用

　　1引言 

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

　　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象和防竊電技術的類型在不斷增多，而且每年都會針對新的竊電行為研究出相應的防竊電與計量技術。其特點是，無論在任何國家任何地區(qū)內，都要求電能表有防竊電的計量。 

　　以往，在傳統的電子式電能表設計中，由于以下原因，導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的電流作為電能計量的依據;絕大多數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的嵌入式方案以解決當前多種竊電行為或技術的研發(fā)己成為智能化建筑領域中不可少的安全控制項目。 

　　2.1當今應用微控制器嵌入式技術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用性，使多功能、多費率電表沒計更加簡單和可靠，實現更加高效的電能傳送，有效提高電表生產和制造效率。最基本的多費率、多功能全電子電表的基本架構為：采集輸入電壓和輸入電流信號的轉換器、顯示屏、數據通信子系統、非易失存儲器 

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

　　電源及內嵌程序的微控制器。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/數轉換器(ADC)，分別用于電壓和電流信號的采樣和轉換;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據、程序存儲器，以滿足多費率、多功能電表的復雜要求。圖1為以MAXQ2000微控制器為核心的單相電表基本架構示意圖。 

　　2.1.2關于電壓輸入轉換 

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

　　分壓網絡將電壓輸入轉換成微控制器內部ADC可接受的-1V到+1V輸入。電流信號輸入端，采用一個并聯電流分流器將電表的電流輸入信號轉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關于架構中串行通信口 

　　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標準協議的通信口。在EIA485通信網絡中，用PC作為網絡的主控制器。隨著PC輪詢這些電表，它們會進行響應，將表示所用電量的數據包上傳，PC匯總所有用戶數據之后再傳送至計費中心;其二是紅外發(fā)送和接收系統，它基于簡單的異步通信協議。通過簡單的調制電路將串口輸出數據“o”調制為38kHz信號，數據“1”則不調制。 

　　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、定時器/計時器等功能(可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路)采用超大規(guī)模集成電路技術集成到一塊硅片上構成的微型計算機系統。 

　　將電能計量模塊直接嵌入在MSP430十六位單片機內部，相當于把一個電計量芯片與一個MCU的結合，他使得單相電表的設計進一步簡化，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是智能化建筑領域中安全控制的重要項目，它具有兩路電流輸入采樣和內部竊電判斷;通過數字增益調節(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