智能電表之自動抄表主流方案盤點（二）

　　系統(tǒng)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(tǒng)采用4×4矩陣鍵盤進行參數設置；外擴了FM24C16以增加系統(tǒng)數據儲能力；用戶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數碼管構成的動態(tài)掃描顯示電路第一位采用16進制數字表示16個用戶，其后的5位數字顯示相應用戶的當前用電量，精度可以精確到小數點后2位數。也可以將其用電量數據經單片機處理后直接循環(huán)逐次顯示當前用電費用，采用不同時刻不同費率的計算處理手段同時可以實現(xiàn)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(zhí)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(zhí)行單元中4線—16線數據輸出控制器采用74HC154，SSR采用MOC3061+IGBT。

　　ADE7755是美國著名的ADI公司設計生產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期穩(wěn)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功率成正比的脈沖輸出形式提供給MCU，單片機只需通過計數器自動記錄一定時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間段內的用電量。單片機在不同時間采用不同的費率/功率參數即可方便的實現(xiàn)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，戶用電最大電流值為20A，則PMAX=2.2kW，CFMAX=125Hz，系統(tǒng)設計要求CFMIN=0.5Hz，則PMIN=8.8W。即文中的多用戶智能電表能夠測量的最低功率為8.8W。

　　MSP430F133通過對74LS150的A、B、C、D4個引腳的不同置位實現(xiàn)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，實現(xiàn)自動抄表；一旦上位集中器發(fā)送斷電命令，單片機通過4線—16線數據輸出控制器74HC154的置位控制相應的SSR固態(tài)繼電器實現(xiàn)斷電，原理是通過光電耦合器MOC3061驅動IGBT的關斷。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鐘電路、射頻輸入／輸出匹配電路和微控制器接口電路三個部分。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數值進行調整。如果使用單端天線則需要使用平衡/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四個引腳表示收發(fā)數據的狀態(tài);而處理器通過SPI接口與CC242O交換數據、發(fā)送命令等;CC2420通過4線SPI總線（SI、SO、SCLK、CSn）設置芯片的工作模式并實現(xiàn)讀／寫緩存數據、讀／寫狀態(tài)寄存器等。通過控制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(tǒng)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。