智能電表之自動抄表主流方案盤點（二）

　　設計方案

　　文中的設計針對對象是小區(qū)用戶，在小區(qū)內(nèi)每一座住宅樓的各個單元中安裝一塊智能電表，標準設計中，一塊電表可實現(xiàn)一個單元最多16戶的電能自動測量和自動斷電等附屬功能（可通過增加數(shù)據(jù)選擇器的數(shù)目實現(xiàn)一個單元更多的用戶點數(shù)目）。系統(tǒng)結構框圖如圖1所示，從系統(tǒng)功能結構上電表可分為控制單元，測量與執(zhí)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對數(shù)據(jù)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(nèi)部計算處理后，得出其在循環(huán)周期內(nèi)的電量數(shù)據(jù)，實時累加存儲并定時以ZigBee通訊方式上傳，同時控制執(zhí)行器模塊/通訊模塊實現(xiàn)對實時/定時的欠費斷電/實時抄送命令的執(zhí)行。而且控制器單元作為智能電表的大腦也負責了整個電表系統(tǒng)日常工作的運行與維護。

　　測量與執(zhí)行單元

　　電表的測量單元由16個電表計量模塊與一個16選1數(shù)據(jù)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，實現(xiàn)一個家庭用戶的電能自動測量，符合當前“一戶一表”的要求，ADE7755可以實現(xiàn)用電量的自動測量，將當前用電量以脈沖信號的形式經(jīng)過數(shù)據(jù)選擇器輸送到控制器，而16選1數(shù)據(jù)選擇器可通過設定的程序逐次將各個計量模塊的脈沖信號輸送到控制器，針對家庭居民用戶，用電功率小且功率曲線平緩不易突變的特點，采用在一循環(huán)時間周期內(nèi)用其中某一時間段的平均功率代替整個時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(nèi)，每2s逐次接通一個數(shù)據(jù)測量通道，控制器記錄下相應電能計量模塊在2s時間內(nèi)的積累脈沖數(shù)。

　　采用此種計量方式不僅可以保證測量精度，而且大大節(jié)省了控制器芯片的端口資源從而有效降低系統(tǒng)成本。數(shù)據(jù)選擇器采用控制器對其4個控制引腳的不同職位實現(xiàn)16個數(shù)據(jù)上傳通道的逐次接通。電表的執(zhí)行單元由一個4線—16線數(shù)據(jù)輸出控制器和16個SSR構成，一旦單片機收到上端集中器下傳來的欠費或者其他原因引起的斷電信號就立即通過對4線—16線數(shù)據(jù)輸出控制器的G0，G1，A，B，C，D6個引腳的不同置位控制相應用戶所屬的固態(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。從過程上講，采用CC2420芯片通過ZigBee局域網(wǎng)絡將16戶的當前用電量以被動查詢或定時上傳的形式發(fā)送到數(shù)據(jù)集中器?；蛘邔⑸蠈訑?shù)據(jù)集中器的查詢命令與欠費自動斷電命令下載到控制器單元。從數(shù)據(jù)傳輸結構上講，一定數(shù)目的多用戶智能電表和一個集中器構成中心結構的ZigBee局域網(wǎng)絡。

　　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年開始推向市場的一種16位超低功耗的混合信號處理器（MixedSignalProcessor）。稱之為混合信號處理器，主要是由于其針對實際應用需求，把許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片”解決方案。

　　MSP430F133單片機在32s的循環(huán)周期內(nèi)通過控制數(shù)據(jù)選擇器的4位選擇引腳，每2s逐次接通一個通道將從對應電能計量模塊上傳來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(zhuǎn)化為相應的用電量數(shù)據(jù)附加上當前的時間常數(shù)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上傳存儲數(shù)據(jù)或者隨時執(zhí)行下傳的抄送命令立即將積累的脈沖計算轉(zhuǎn)化為用電數(shù)據(jù)附加上此刻