智能電表之自動抄表主流方案盤點（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矩陣鍵盤進行參數設置；外擴了FM24C16以增加系統數據儲能力；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—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，在惡劣的環境條件下仍能保持極高的準確度和長期穩定性。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，實現自動抄表；一旦上位集中器發送斷電命令，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固態繼電器實現斷電，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四個引腳表示收發數據的狀態;而處理器通過SPI接口與CC242O交換數據、發送命令等;CC2420通過4線SPI總線（SI、SO、SCLK、CSn）設置芯片的工作模式并實現讀／寫緩存數據、讀／寫狀態寄存器等。通過控制FIFO和FIFOP管腳接口的狀態可設置發射／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。