防窃电及计量电表中微控制器技术

文章出处：   作者：http://www.dicksonweb.cn   时间：2011-7-11

 　　
　　当前，电子式电能表的防窃电与计量技术在电能表行业中的地位越来越重要，人们所意识到尤其是窃电现象和防窃电技术的类型在不断增多，而且每年都会针对新的窃电行为研究出相应的防窃电与计量技术。其特点是，无论在任何国家任何地区内，都要求电能表有防窃电的计量。
　　
　　以往，在传统的电子式电能表设计中，由于以下原因，导致不能较完善地检测或处理窃电行为：仅使用进线端的电压和火线的进出端所流经的电流作为电能计量的依据;绝大多数没有使用很可靠的铅封;一些窃电方式很易操作，但却很难检测。
　　
　　为此，如何运用微控制器技术的嵌入式方案以解决当前多种窃电行为或技术的研发己成为智能化建筑领域中不可少的安全控制项目。
　　
　　1.1当今应用微控制器嵌入式技术的计量与防窃电电表方案
　　
　　1.1.1新型单片电能表微控制器
　　
　　如今，用户电表正逐渐朝着多费率、多功能和高精度方向发展。该新型单片电表微控制器的功能和应用性，使多功能、多费率电表没计更加简单和可靠，实现更加高效的电能传送，有效提高电表生产和制造效率。最基本的多费率、多功能全电子电表的基本架构为：采集输入电压和输入电流信号的转换器、显示屏、数据通信子系统、非易失存储器
　　
　　存储器是用来存储程序和数据的部件，有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。它根据控制器指定的位置存进和取出信息。
　　
　　电源及内嵌程序的微控制器。将上述大部分功能电路与微控制器集成在一起。以Maxim的单片电表微控制器MAXQ2000为例，它在单一硅片上集成了双路16位模/数转换器(ADC)，分别用于电压和电流信号的采样和转换;两个全功能异步串行通信口(其中一个可以配置为红外信号模式);一个液晶显示控制器和一个独立的16X16乘法器;芯片上还集成了足够的数据、程序存储器，以满足多费率、多功能电表的复杂要求。图1为以MAXQ2000微控制器为核心的单相电表基本架构示意图。

　　
　　1,1,2关于电压输入转换
　　
　　从图1可知，方案中采用电阻
　　
　　电阻，物质对电流的阻碍作用就叫该物质的电阻。电阻小的物质称为电导体，简称导体。电阻大的物质称为电绝缘体，简称绝缘体。
　　
　　分压网络将电压输入转换成微控制器内部ADC可接受的-1V到+1V输入。电流信号输入端，采用一个并联电流分流器将电表的电流输入信号转换为小信号电压输入。通过分流器的电压信号必须足够低，尽量降低功率损耗：一个0.5mΩ的分流器(假定输入最大电流等于40A)只能提供0mV的满摆幅电压输出，但其功耗接近1W。
　　
　　1.1.3关于架构中串行通信口
　　
　　从图1可知，有2个外部串行通信口与微控制器相连。其一是基于RS-485标准协议的通信口。在EIA485通信网络中，用PC作为网络的主控制器。随着PC轮询这些电表，它们会进行响应，将表示所用电量的数据包上传，PC汇总所有用户数据之后再传送至计费中心;其二是红外发送和接收系统，它基于简单的异步通信协议。通过简单的调制电路将串口输出数据“o”调制为38kHz信号，数据“1”则不调制。
　　
　　1,2选择微控制器MSP430F2012或单芯片ADE7169的单相防窃电电表方案
　　
　　MSP430FE42X系列单片机
　　
　　单片机是单片微型计算机(Single-ChipMicrocomputer)的简称，是一种将中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)采用超大规模集成电路技术集成到一块硅片上构成的微型计算机系统。
　　
　　将电能计量模块直接嵌入在MSP430十六位单片机内部，相当于把一个电计量芯片与一个MCU的结合，他使得单相电表的设计进一步简化，成本也得到进一步的降低。而单芯片ADE7169在单相防窃电电表也具有与MSP430F2012相同和独特之优势。
　　
　　该单相防窃电电表方案的防窃电技术是智能化建筑领域中安全控制的重要项目，它具有两路电流输入采样和内部窃电判断;通过数字增益调节，两路电流增益可以保持一致;当检测到掉零线故障时，可以按照电流有效值计量;具有自动窃电检测，不需要额外的程序设计。