智能電表之自動(dòng)抄表主流方案盤(pán)點(diǎn)（二）

　　系統供電采用LM7805整流后的+3.3V直流電源，以+4.5V電池組作為后備電源；系統采用4×4矩陣鍵盤(pán)進(jìn)行參數設置；外擴了FM24C16以增加系統數據儲能力；用戶(hù)的用電量顯示可精確到最新10m內的用電量，采用6只共陰極LED數碼管構成的動(dòng)態(tài)掃描顯示電路第一位采用16進(jìn)制數字表示16個(gè)用戶(hù)，其后的5位數字顯示相應用戶(hù)的當前用電量，精度可以精確到小數點(diǎn)后2位數。也可以將其用電量數據經(jīng)單片機處理后直接循環(huán)逐次顯示當前用電費用，采用不同時(shí)刻不同費率的計算處理手段同時(shí)可以實(shí)現計費復費率功能。其具體硬件原理連接電路圖如圖2所示。

　　測量及其執行單元原理圖電路構建

　　測量單元中數字式電能計量芯片采用ADE7755，16選1數據選擇器采用74LS150。執行單元中4線(xiàn)—16線(xiàn)數據輸出控制器采用74HC154，SSR采用MOC3061+IGBT。

　　ADE7755是美國著(zhù)名的ADI公司設計生產(chǎn)的一種脈沖輸出的電能計量集成芯片，在惡劣的環(huán)境條件下仍能保持極高的準確度和長(cháng)期穩定性。它內部集成了包含相位校正、乘法器、數字一頻率轉換器、信號處理電路組成的電能計量運算的核心電路，并能將電量以與瞬時(shí)功率成正比的脈沖輸出形式提供給MCU，單片機只需通過(guò)計數器自動(dòng)記錄一定時(shí)間間隔內傳送的脈沖數，然后與功率/頻率轉換參數相乘即可得出這一時(shí)間段內的用電量。單片機在不同時(shí)間采用不同的費率/功率參數即可方便的實(shí)現復功率計費。

　　ADE7755中SCF=0，S1=S0=1。CF輸出選擇最高頻輸出模式，儀表脈沖/功率輸出常數為204800imp/kWhr，戶(hù)用電最大電流值為20A，則PMAX=2.2kW，CFMAX=125Hz，系統設計要求CFMIN=0.5Hz，則PMIN=8.8W。即文中的多用戶(hù)智能電表能夠測量的最低功率為8.8W。

　　MSP430F133通過(guò)對74LS150的A、B、C、D4個(gè)引腳的不同置位實(shí)現E0-E15共16條通道的依次接通。而ADE7755將當前用電功率以脈沖頻率的形式輸送到MSP430F133，實(shí)現自動(dòng)抄表；一旦上位集中器發(fā)送斷電命令，單片機通過(guò)4線(xiàn)—16線(xiàn)數據輸出控制器74HC154的置位控制相應的SSR固態(tài)繼電器實(shí)現斷電，原理是通過(guò)光電耦合器MOC3061驅動(dòng)IGBT的關(guān)斷。其具體硬件原理連接電路圖如圖3所示。

　　通訊單元原理圖電路構建

　　CC2420只需要極少的外圍元器件，它的外圍電路包括晶振時(shí)鐘電路、射頻輸入／輸出匹配電路和微控制器接口電路三個(gè)部分。其硬件原理連接電路圖如圖4所示。

　　CC2420內部使用1.8V工作電壓，因而功耗很低，適合于電池供電的設備;外部數字I/O接口使用3.3V電壓，這樣對于只有3.3V電源的設備，不需要額外的電壓轉換電路就能正常工作。CC2420射頻信號的收發(fā)采用差分方式傳送，其最佳差分負載是115+j180，阻抗匹配電路應該根據這個(gè)數值進(jìn)行調整。如果使用單端天線(xiàn)則需要使用平衡/非平衡轉換電路，以達到最佳收發(fā)效果。CC2420與處理器的連接非常方便。它使用SDF、FIFO、FIFOP、和CCA四個(gè)引腳表示收發(fā)數據的狀態(tài);而處理器通過(guò)SPI接口與CC242O交換數據、發(fā)送命令等;CC2420通過(guò)4線(xiàn)SPI總線(xiàn)（SI、SO、SCLK、CSn）設置芯片的工作模式并實(shí)現讀／寫(xiě)緩存數據、讀／寫(xiě)狀態(tài)寄存器等。通過(guò)控制FIFO和FIFOP管腳接口的狀態(tài)可設置發(fā)射／接收緩存器。

　　軟件設計

　　電表系統的軟件設計包括主程序設計和通訊程序設計，在此只講主程序的設計，其流程圖如圖5所示。