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        構建更加智能的電能計量系統

        作者: 時間:2013-02-27 來源:網絡 收藏
        具備雙向通信功能的高級電表架構(AMI)被視為智能電網的核心基礎。分析數據表明,未來5年,隨著智能電網部署的增長,智能電表在全球安裝的數量將高達2億塊。

        在中國,與智能電網相關的經濟刺激計劃正在實施過程中,預計在未來3至5年內將部署1.7億塊智能電表。與傳統的機械式電表不同,智能電表可以根據每天的時段來確定用電量,并且能夠監測出每個地方的用電量。

        目前自動抄表技術在電表應用中越來越流行,該技術為電表提供通信端口讀取數據,而且大部分情況下采用遠程讀數方式。實現該技術的關鍵是確保通信鏈路安全可靠,是一種簡單、廉價而且可靠的通信規范,可理想用于自動抄表系統。本文討論Maxim 的各種特性,這些特性使成為電子式電能表的理想選擇。

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        圖1. 采用RS-485端口的電表結構圖

        圖1所示為采用RS-485端口的電表結構圖,通過光耦合器和變壓器,端口與MCU和模擬前端之間實現了電氣隔離。隔離功能可有效保護電路不受RS-485傳輸線上浪涌電流的損害。電纜斷開時,A、B線的上拉和下拉電阻決定接收器的狀態。使用這些電阻能夠在電纜斷開時使接收器輸出一直保持高電平,由此帶來很多益處。圖1系統中,IrDA電路有一個開漏輸出,電纜斷開時,如果RS-485錯誤的將線路拉低,光耦合器輸出晶體管將會接通,使總線保持低電平,禁止開漏IrDA模塊和MCU之間的任何通信連接。電纜斷開時產生一個高電平輸出,系統可以在同一UART總線上使用其它開漏輸出器件。

        當RS-485總線與電力線(例如,220VAC)短路時,PTC和TVS可提供差模過壓保護。反激變壓器的附加繞組為隔離電路供電,圖1中,反激轉換器有兩路輸出:第一路為MCU和模擬前端供電;第二路進行電氣隔離,為RS-485端口供電。如果上述反激電源配合后備電池使用,MCU的供電電源(圖中的VCC)實際經過了"二極管或操作"。這意味著電池供電時,不存在隔離的isolated_VCC。因此,RS-485電路沒有"接通",所以電表在斷電期間不能進行通信,也無法通知已經停電。

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        以下列出了Maxim RS-485收發器的特性,這些特性可以幫助提高并簡化電表中RS-485端口的設計。關于支持這些特性的所有器件的詳細信息,請參考MAX3070E (3.3V)或MAX13085E (5V)數據資料。

        失效保護 RS-485標準定義信號閾值的上下限為±200mV,但沒有規定電平范圍。在以下三種情況下,這會帶來一定的問題:

        1. 總線上的所有收發器都沒有工作,因此出現了高阻態。這意味著總線上的終端電阻導致接收器輸入之間的差分電壓是0V。

        2. RS-485總線出現短路,線路之間的電壓也會出現0V。

        3. 出現開路或沒有連接電表時,差分電壓也是0V,這是因為收發器本身在輸入之間具有高阻,迫使出現0V。
        電能表相關文章:電能表原理

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