智能電表之自動(dòng)抄表主流方案盤(pán)點(diǎn)（二）

　　設計方案

　　文中的設計針對對象是小區用戶(hù)，在小區內每一座住宅樓的各個(gè)單元中安裝一塊智能電表，標準設計中，一塊電表可實(shí)現一個(gè)單元最多16戶(hù)的電能自動(dòng)測量和自動(dòng)斷電等附屬功能（可通過(guò)增加數據選擇器的數目實(shí)現一個(gè)單元更多的用戶(hù)點(diǎn)數目）。系統結構框圖如圖1所示，從系統功能結構上電表可分為控制單元，測量與執行單元，通訊單元三部分。具體功能分析如下：

　　控制單元

　　電表的控制單元由基于MSP430F133的控制器模塊組成，控制器模塊按照預先設定的控制程序通過(guò)對數據選擇器的相應操作逐次接受對應電能計量模塊傳送的脈沖信號，按照文中設計的計量方式，經(jīng)內部計算處理后，得出其在循環(huán)周期內的電量數據，實(shí)時(shí)累加存儲并定時(shí)以ZigBee通訊方式上傳，同時(shí)控制執行器模塊/通訊模塊實(shí)現對實(shí)時(shí)/定時(shí)的欠費斷電/實(shí)時(shí)抄送命令的執行。而且控制器單元作為智能電表的大腦也負責了整個(gè)電表系統日常工作的運行與維護。

　　測量與執行單元

　　電表的測量單元由16個(gè)電表計量模塊與一個(gè)16選1數據選擇器組成，每一塊計量模塊由ADE7755電能計量芯片及其附屬電路構成，實(shí)現一個(gè)家庭用戶(hù)的電能自動(dòng)測量，符合當前“一戶(hù)一表”的要求，ADE7755可以實(shí)現用電量的自動(dòng)測量，將當前用電量以脈沖信號的形式經(jīng)過(guò)數據選擇器輸送到控制器，而16選1數據選擇器可通過(guò)設定的程序逐次將各個(gè)計量模塊的脈沖信號輸送到控制器，針對家庭居民用戶(hù)，用電功率小且功率曲線(xiàn)平緩不易突變的特點(diǎn)，采用在一循環(huán)時(shí)間周期內用其中某一時(shí)間段的平均功率代替整個(gè)時(shí)間范圍平均功率的計量方式。文中選取32s作為循環(huán)周期，具體地講，在32s的循環(huán)周期內，每2s逐次接通一個(gè)數據測量通道，控制器記錄下相應電能計量模塊在2s時(shí)間內的積累脈沖數。

　　采用此種計量方式不僅可以保證測量精度，而且大大節省了控制器芯片的端口資源從而有效降低系統成本。數據選擇器采用控制器對其4個(gè)控制引腳的不同職位實(shí)現16個(gè)數據上傳通道的逐次接通。電表的執行單元由一個(gè)4線(xiàn)—16線(xiàn)數據輸出控制器和16個(gè)SSR構成，一旦單片機收到上端集中器下傳來(lái)的欠費或者其他原因引起的斷電信號就立即通過(guò)對4線(xiàn)—16線(xiàn)數據輸出控制器的G0，G1，A，B，C，D6個(gè)引腳的不同置位控制相應用戶(hù)所屬的固態(tài)繼電器切斷其電源供應。

　　通訊單元

　　電表與上層集中器的通訊方式采用ZigBee通訊方式。從過(guò)程上講，采用CC2420芯片通過(guò)ZigBee局域網(wǎng)絡(luò )將16戶(hù)的當前用電量以被動(dòng)查詢(xún)或定時(shí)上傳的形式發(fā)送到數據集中器?；蛘邔⑸蠈訑祿衅鞯牟樵?xún)命令與欠費自動(dòng)斷電命令下載到控制器單元。從數據傳輸結構上講，一定數目的多用戶(hù)智能電表和一個(gè)集中器構成中心結構的ZigBee局域網(wǎng)絡(luò )。

　　硬件設計

　　控制器單元原理圖電路構建

　　控制單元以MSP430F133單片機作為核心控制芯片，MSP430系列單片機是美國德州儀器（TI）1996年開(kāi)始推向市場(chǎng)的一種16位超低功耗的混合信號處理器（MixedSignalProcessor）。稱(chēng)之為混合信號處理器，主要是由于其針對實(shí)際應用需求，把許多模擬電路、數字電路和微處理器集成在一個(gè)芯片上，以提供“單片”解決方案。

　　MSP430F133單片機在32s的循環(huán)周期內通過(guò)控制數據選擇器的4位選擇引腳，每2s逐次接通一個(gè)通道將從對應電能計量模塊上傳來(lái)的累加脈沖信號累加到對應的累加器單元中，在每10min將積累的計量脈沖計算轉化為相應的用電量數據附加上當前的時(shí)間常數存儲到對應的存儲器單元中。在每1h末按照預先的程序定時(shí)上傳存儲數據或者隨時(shí)執行下傳的抄送命令立即將積累的脈沖計算轉化為用電數據附加上此刻