基于數字信號處理器TMS320C5409的射頻IC卡智能電表的設計方案
加入技術(shù)交流群
1.引言
目前，供電部門(mén)電費的征收仍然采用人工上門(mén)抄表收費的傳統方式，已不能適應現代生活。原來(lái)的感應式電能表具有準確度低、適用頻率范圍窄、功能單一等缺點(diǎn)。因此新型電能表的研制也日益成為電力行業(yè)的迫切需求。我們研制了預付費的射頻IC卡智能電表。這種電表采用美國德州儀器公司（TI公司）的TMS320C5409定點(diǎn)數字信號處理芯片，具有自動(dòng)計數、自動(dòng)供電斷電、自動(dòng)保存數據、自動(dòng)報警、使用壽命長(cháng),實(shí)現電費的預付和分時(shí)段計費等特點(diǎn),從而提高了電網(wǎng)效能，實(shí)現了用戶(hù)的合理付費。
2.系統硬件設計
圖1是系統的硬件原理框圖，主要包括TMS320C5409定點(diǎn)數字信號處理芯片、射頻IC卡讀寫(xiě)電路、電脈沖檢測電路、內存擴展模塊、LCD顯示模塊、電源電路等。
2.1 TMS320C5409定點(diǎn)數字信號處理器
電表需要對輸入的電能信號進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣處理，并且由于解碼算法有較高的復雜性，就要求CPU應該具有高速的數字信號處理能力。根據這樣的要求，采用了TI公司的TMS320C5409定點(diǎn)數字信號處理芯片。該芯片采用先進(jìn)的超級哈佛結構，多組總線(xiàn)結構實(shí)現并行處理機制，有獨立的累加器、乘法器和比例移位器實(shí)現復雜的算術(shù)運算，它還具有高效的片上外設，有一個(gè)可以用來(lái)與同一個(gè)系統中的其他芯片進(jìn)行直接連接的高效全雙工的MCBSP；一個(gè)可以實(shí)現處理器之間通信的增強型的8位的HPI(主機接口);一個(gè)硬件16位定時(shí)器；6個(gè)獨立的可編程DMA(直接存儲器訪(fǎng)問(wèn))通道，可以在不影響CPU運算的情況下，在內部存儲器、片上外設、外部存儲器之間傳遞數據。最有實(shí)際意義的是，他的性能價(jià)格比已下降到普通單片機的價(jià)格水平。
2.2 射頻IC卡讀寫(xiě)電路
射頻IC卡系統由讀寫(xiě)器和射頻IC卡兩部分組成。應用系統通過(guò)讀寫(xiě)器對卡進(jìn)行操作；讀卡器通過(guò)射頻信號同步進(jìn)行近距離通訊，并為卡上芯片提供能量；射頻IC卡響應讀寫(xiě)器的指令，并報告處理的結果。
射頻IC卡采用了ZLG500A芯片，讀/寫(xiě)基站芯片選用Atmel公司的U2270B芯片，它們可以在5cm距離內通過(guò)頻率為125Hz的載波通信，如圖2所示。
讀/寫(xiě)基站將數據寫(xiě)入片內EEPROM中。片內EEPROM中用來(lái)存儲用戶(hù)1D號、IC 卡類(lèi)型、IC 卡狀態(tài)、電表號、密碼、累積電量、剩余電量（金額）和當前時(shí)間等。
讀IC卡時(shí)，ZLG500A發(fā)送數據給MCU。MCU通過(guò)多次讀取比較來(lái)保證數據的正確性。
寫(xiě)IC卡時(shí)，MCU發(fā)送數據給ZLG500A，可以通過(guò)設置數據校驗的方法來(lái)保證數據可靠性。
2.3 電脈沖檢測電路
使用集成電路CS5460將電阻分流器和電阻分壓器變換得到的交流電壓信號和電流信號轉換成頻率正比于用電功率的能量脈沖。電壓模擬信號由Vin+，Vin-輸入后由△∑模擬/數字轉換器進(jìn)行轉換，轉換后的信號經(jīng)高速濾波器及高通濾波器后送人功率計算器。電流模擬信號由Vin+，Vin-輸人后由另一路△∑模擬/數字轉換器進(jìn)行轉換，轉換后的信號經(jīng)高速濾波器及高通濾波器后也送人功率計算器。功率計算器將兩路信號進(jìn)行處理運算后輸出測量到的電壓、電流、功率等。所有這些數據由串行SPI接口和MCU進(jìn)行數據交換。
2.4 LCD顯示電路
顯示電路采用LCM1602構成，顯示用戶(hù)的用電量和剩余電費，當輪流顯示鍵沒(méi)有按下時(shí)，顯示器一直實(shí)時(shí)顯示用戶(hù)的總用電量和所剩余的電費，當輪流顯示鍵按下時(shí)，顯示器將顯示用戶(hù)分時(shí)段的用電量，過(guò)后又恢復顯示總用電量和剩余電費。
評論