應用M68HC908LJ12設計單相復費率電能表
加入技術(shù)交流群
隨著(zhù)國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，用電矛盾越來(lái)越突出。1995年，我國全面實(shí)施分時(shí)電價(jià)，通過(guò)使用復費率電能表來(lái)促進(jìn)電力資源的優(yōu)化配置，穩定供電秩序，復費率電能表的性能和成本主要取決于單片機的選型。M68HC908LJ12是美國Motorola公司于2001年推出的高性能單片機，功能強大，用于開(kāi)發(fā)復費率電能表，既能簡(jiǎn)化電路設計、降低成本，又提高電路的抗干擾能力。
2 M68HC908LJ12單片機
M68HC08系列是一類(lèi)Motorola高性能的8位單片機，具有速度高、功能強和價(jià)格低等特點(diǎn)。硬件結構與M6805，M146805級M68HC05兼容，而且功能更加豐富。其指令系統具有200多條指令和16種方式，最快指令周期僅為125ns，而乘法指令也僅需625ns。具有FLASH（閃速存儲器）的M68HC908系列的單片機，更能極大地方便應用系統的開(kāi)發(fā)。M68HC908LJ12是帶有10位A／D和LCD驅動(dòng)模塊的單片機，其主要特點(diǎn)有：
最大總線(xiàn)頻率為8MHz（4．5～5．5V）、4MHz（2．7～3．3V）和1MHz（2．4～2．7V）內部總線(xiàn)頻率；
12K FLASH閃速存儲器，具有在線(xiàn)編程和加密功能；
片內512K字節RAM；
多功能定時(shí)器接口TIM1和TIM2；
具有紅外功能的串行通信接口SCI；
CPU正常工作監視模塊COP；
電源電壓監視模塊LVI；
實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC；
串行外圍部件擴展接口SPI；
6路10位A／D；
8個(gè)鍵盤(pán)輸入中斷。
3 單相復費率表的硬件組成
復費率表由電量計量電路、CPU、液晶顯示、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、通訊接口、電源等部分組成。硬件框圖見(jiàn)圖1。
3．1 電能計量部分
當前，電能計量部分一般采用專(zhuān)用的電量計量IC。其中美國AD公司的AD7755、CS5460等性?xún)r(jià)比較高，采用了上述IC后，電量計量的精度、可靠性及生產(chǎn)的調試、校表就得到了保證。本系統采用AD7755，由計量芯片產(chǎn)生計量脈沖，M68HC908LJ12對計量脈沖計數并根據當前的費率作相應處理。
3．2 液晶顯示部分
復費率電能表的顯示一般采用LCD液晶顯示器，M68HC908LJ12內帶LCD驅動(dòng)模塊，從而節省了外掛的液晶驅動(dòng)芯片。M68HC908LJ12的液晶驅動(dòng)模塊的段數可選擇為26 4、27 3、27 1。采用動(dòng)態(tài)驅動(dòng)，1／3偏壓。
3．3 實(shí)時(shí)時(shí)鐘部分
時(shí)間是電能分時(shí)計量的基礎。當前應用較為廣泛的時(shí)鐘芯片有PCF8583、DS1302、4553等。本設計采用的DS1302是美國DALLAS公司推出的串行接口專(zhuān)用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。芯片內部有可編程的日歷時(shí)鐘和31字節的RAM，工作電壓范圍寬2．5V～5．5V，功耗低，在掉電后，可由電池供電工作10年以上。
3．4 處理器部分
處理器部分采用M68HC908LJ12，此單片機與其他系列的單片機實(shí)現的電路相比，外圍擴展電路極少。電能表中需要掉電不丟失內容的數據存儲器以往一般用EEPROM實(shí)現，M68HC908LJ12有12K FLASH閃速存儲器，具有在線(xiàn)編程和加密功能，可用作這種數據的存儲器。電能表常會(huì )遇到停電的情形，需要掉電檢測，一般外掛電壓檢測芯片，而M68HC908LJ12有LVI（低電壓檢測模塊），可實(shí)現對電源電壓的檢測，產(chǎn)生可設置的復位或中斷。電能表有紅外遙控電路，以實(shí)現快捷的抄表和參數設定，以往這部分電路需要專(zhuān)用紅外芯片來(lái)實(shí)現調制解調，M68HC908LJ12有紅外調制解調功能的串行接口SCI可直接驅動(dòng)紅外發(fā)射和接收二極管。M68HC908LJ12內有KBI鍵盤(pán)輸入中斷，可方便地實(shí)現按鍵功能。
3．5 通訊接口部分
為了實(shí)現與抄表器和自動(dòng)抄表系統之間的數據傳輸，在通訊接口部分設計了RS485接口和紅外通訊接口。其中485接口電路采用MAXIM3085。紅外通訊接口由于M68HC908LJ12內有紅外模塊的串行接口SCI，節省了外掛的紅外調制解調電路。
4 單相復費率表的軟件設計
單相復費率表的軟件主要是實(shí)現電量數據采集和處理，并通過(guò)紅外和485接口實(shí)現與抄表系統的數據交換。圖2為系統主程序框圖。
主要模塊有功能如下：
電量處理模塊的功能是由計量芯片提供計量脈沖，CPU對計量脈沖計數，結合當前時(shí)段和費率，累計用戶(hù)峰、平、谷各時(shí)段的實(shí)際用電量。
通訊模塊的功能是按照通訊規約實(shí)現與抄表器和抄表系統的可靠通訊。由抄表系統讀取用戶(hù)電量數據和設置時(shí)段、費率、地址等電表參數。
顯示模塊的功能是顯示用戶(hù)的峰、平、谷、總電量及時(shí)間、上月電量等信息。
5 抗干擾設計
電能表系統中，干擾源主要是電網(wǎng)的電壓波動(dòng)、閃電沖擊及變壓器所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)等。眾所周知，集成化程度越高，分立元件越少，電路連線(xiàn)越簡(jiǎn)潔的電路抗干擾能力越強。從上文可看出本設計的最大特點(diǎn)是集成化――除了計量、時(shí)鐘、485接口部分，其余的功能要求M68HC908LJ12的片內模塊均能完成。對于電網(wǎng)中突然掉電和突然上電會(huì )產(chǎn)生快速的瞬間脈沖群的現象，本設計在電源進(jìn)線(xiàn)處使用了磁環(huán)，在CPU的電源端加了去耦電容。對于閃電沖擊產(chǎn)生的瞬間高壓，本設計使用了壓敏電阻吸收瞬間高壓沖擊。另外，系統充分利用M68HC908LJ12的片內COP模塊（硬件看門(mén)狗），監視CPU的工作情況，在程序陷入“死循環(huán)”時(shí)，產(chǎn)生復位。
在采取上述硬件抗干擾措施的同時(shí)，軟件抗干擾技術(shù)也不容忽視，對于計量脈沖判定和統計，一般采取數字濾波避免誤判。對于程序“走飛”，采用軟件冗余和“看門(mén)狗”技術(shù)。對于關(guān)鍵數據的改寫(xiě)保護，可采用附加的條件判定。對于按鍵的去抖，采用重復檢測的方法。當然，軟件抗干擾技術(shù)和硬件抗干擾技術(shù)并不相互獨立，它們是相輔相成的。
6 結束語(yǔ)
本設計充分利用了內部的功能模塊，減少了外圍電路、降低了成本，同時(shí)提高了整機的可靠性，所設計的電能表在市場(chǎng)上很具競爭力。
參考文獻
評論