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智能電表關(guān)鍵設(shè)計(jì)要求包括以下內(nèi)容：(1)它們應(yīng)當(dāng)以低能量工作，使他們能夠?qū)﹄姵仉娫撮L(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，(2)它們必須包括安全功能，可以保護(hù)通信的內(nèi)容和安全的存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。基本還提供單向通信，從而實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)商自動(dòng)地和遠(yuǎn)程讀取儀表使用不同的通信解決方案，包括RF無線，電力線載波，以及通用分組無線系統(tǒng)(GPRS)的數(shù)據(jù)通信。
智能電表與計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施(AMI)架構(gòu)提供雙向通信，并提供改進(jìn)的可靠性和精確度，并監(jiān)控中斷，并提供遠(yuǎn)程斷開的能力以及增加變量關(guān)稅滿載激勵(lì)消費(fèi)者轉(zhuǎn)移峰值負(fù)載的選擇的好處。智能電表也可以直接與其他米，與內(nèi)部的顯示單元，以允許兩個(gè)公用事業(yè)公司及其客戶更好地管理能源消耗溝通。
作為實(shí)現(xiàn)和架構(gòu)變得越來越復(fù)雜，電表需要更多的處理能力和更多的閃存軟件棧，通信協(xié)議和固件更新。電表還具有一個(gè)通信接口。在美國(guó)，很多企業(yè)都選擇了ZigBee無線電臺(tái)為紐帶的效用，而在歐洲，一些公用事業(yè)集團(tuán)已同意使用電力線通訊節(jié)點(diǎn)。MCU的要求 低功耗是智能的基本要求電能表，進(jìn)而，使功率使用的感測(cè)/測(cè)量的MCU。低功耗也是有利的，因?yàn)榧词闺姳硎怯呻娫垂╇姡鼈儽仨毮軌蚴褂秒姵仉娫慈绻娫词チ藢?shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)保持運(yùn)行。 微控制器的智能電表應(yīng)用需要有高分辨率A / D轉(zhuǎn)換器的電流和電壓測(cè)量; 通常是16位或24位A / D轉(zhuǎn)換速度不是一個(gè)問題，所以可以使用轉(zhuǎn)換器。雙位A / D，通常需要同時(shí)測(cè)量，并可能需要進(jìn)行溫度測(cè)量和入侵檢測(cè)第三個(gè)A / D -必須防止篡改電表。數(shù)據(jù)傳輸將很可能需要使用AES，DES，RSA，ECC或SHA-256進(jìn)行加密。高EMC抑制的IC減少了對(duì)外部元件的需求。和EEPROM可能需要的數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。 計(jì)量可能是一，二，或三相電能表計(jì)量。單相電表在大多數(shù)住宅應(yīng)用普遍。此典型地具有一個(gè)電壓和一個(gè)電流被測(cè)量，并且它支持低到中負(fù)荷。雙相電表，這是世界性的并不常見，并且采用主要集中在日本，有兩個(gè)電壓和兩個(gè)電流進(jìn)行測(cè)量。每個(gè)階段是關(guān)閉的180度，它通常是大中型載荷。
后，三相測(cè)量通常用于大的辦公空間和工業(yè)應(yīng)用。但是也有一些與相互120異相三個(gè)不同的階段。三個(gè)電壓和三個(gè)電流需要測(cè)量，所以需要至少六個(gè)ADC獲得的能源消耗和功率因數(shù)的瞬時(shí)快照。在候選MCU每個(gè)A / D可編程增益級(jí)的包容性是一個(gè)很大的援助，傳感器接口。 在能源計(jì)量服務(wù)，一個(gè)MCU可能需要處理很多事情。
圖1是一功能方框圖，顯示在中心的處理器，也是各種外設(shè)處理器，可能需要在一個(gè)良好的智能電表設(shè)計(jì)來處理。
圖1：一個(gè)典型的智能電表框圖。
所以，現(xiàn)在我們已經(jīng)定義了智能電表服務(wù)的MCU，我們?cè)谀睦镎业竭@樣的事情的要求是什么?
這里有幾種可能性。32位電能計(jì)量IC 的恩智浦EM773FHN33是一個(gè)基于ARM的Cortex-M0，低成本，32位，電能計(jì)量IC。它運(yùn)行在48兆赫，并配有嵌套向量中斷控制器，串行線調(diào)試，32 KB的閃存和SRAM的8字節(jié)。此外，在其外圍補(bǔ)充，該MCU包括一個(gè)I²C總線接口，一個(gè)RS-485 / EIA-485 UART，具有SSP功能，一個(gè)SPI接口，三個(gè)通用計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，多達(dá)25個(gè)通用I / O引腳和一個(gè)"計(jì)量引擎"設(shè)計(jì)成收集一負(fù)載的電壓和電流輸入來計(jì)算有功功率，無功功率，視在功率和功率因數(shù)。 有兩個(gè)電流輸入和一個(gè)電壓輸入，并且部分具有表示1百分比的測(cè)量精度。它有一個(gè)0.85毫米HVQFN塑料熱增強(qiáng)型，薄型四方扁平封裝與33端子。在電能計(jì)量IC是準(zhǔn)確的可伸縮輸入源高達(dá)230 V / 50赫茲/ 16 A和110 V / 60赫茲/ 20 1%。的16位MCU具有高分辨率ADC 的德州儀器MSP430AFE253IPW低功耗16位位MCU的目標(biāo)公用事業(yè)計(jì)量應(yīng)用與支持超過2,400 0.1%的精度的單相計(jì)量模擬前端：1的動(dòng)態(tài)范圍。該MSP430AFE253IPW有三個(gè)24位A / D轉(zhuǎn)換器和閃存的多達(dá)16個(gè)字節(jié)，512字節(jié)的RAM，以及溫度測(cè)量。 MCU也有一個(gè)，速度更快，10位A / D。對(duì)于24位A / D給出的精度指標(biāo)的FS，值為0.2%的偏移誤差-這使得約19位轉(zhuǎn)換器。主動(dòng)模式電源電流為1 MHz的只有220A，2.2 V和待機(jī)為0.5A。它運(yùn)行在-40℃至85℃。其中A / D的可用于防篡改功能。
還有的MSP430AFE2xx器件系列(圖2)九個(gè)版本，并且都具有SPI和UART接口，LCD控制器，16位定時(shí)器/的PWM，看門狗和硬件乘法器。這些芯片不具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘或數(shù)據(jù)加密。
圖2：TI的MSP430AFE2xx系列提供了SPI和UART接口和一個(gè)LCD控制器。
8位或32位選擇
8位飛思卡爾 MC9S08GW MCU(圖3)設(shè)有專門的差分放大器和多達(dá)16個(gè)通道兩個(gè)16位A / D轉(zhuǎn)換器。該器件具有64 KB的閃存，一個(gè)RTC具有篡改保護(hù)，LCD控制器多達(dá)288段，和CRC數(shù)據(jù)校驗(yàn)。它運(yùn)行在高達(dá)3.6在20 MHz的2.15 V和高達(dá)10 MHz的1.8 V.該芯片采用的是1010毫米或1414毫米LQFP封裝。
飛思卡爾的另一種可能性是他們K30的Cortex-M4型32位MCU與低功耗的段LCD控制器，用于驅(qū)動(dòng)多達(dá)320段(圖3)。該P(yáng)K30X256VLQ100有一個(gè)單一的6位A / D轉(zhuǎn)換器，256 KB的閃存，一個(gè)RTC，中斷控制器，和CRC數(shù)據(jù)校驗(yàn)。
圖3：飛思卡爾K30框圖。
微控制器與LCD驅(qū)動(dòng)器和低功耗模式
Microchip的PIC18F87K90是測(cè)量一個(gè)不錯(cuò)的選擇，雖然它的24通道A / D轉(zhuǎn)換僅限于12位分辨率。它有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘，閃光燈128字節(jié)和EEPROM的1字節(jié)，加上LCD驅(qū)動(dòng)為192個(gè)像素和4個(gè)外部中斷。在省電模式下，IC的供電電流在60℃的600 nA的是。該RTC需要4.6A在3.3 V和60℃。在A / D積分線性誤差為&1 LSB的典型，但為6.0 LSB(值) -相當(dāng)蔓延。被指定的微分線性誤差為1典型和+ 3.0 / -1.0。這是在工業(yè)溫度范圍。不提供加密或篡改打樣。的SOC接近 有所不同的方法采取的是ADI公司，其ADE7880是不是一個(gè)真正的MCU但更多的SOC與調(diào)整的電子電表應(yīng)用"計(jì)算功能塊"。它是專為三相電能計(jì)量和功能的自適應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)控諧波引擎。 該ADE7880設(shè)備采用二階的sigma-delta模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，數(shù)字積分器，基準(zhǔn)電路，以及進(jìn)行的總(基波和諧波)有功和視在電能的測(cè)量，有效值計(jì)算，以及基波只有功和無功電能測(cè)量所需的信號(hào)處理的IC可以監(jiān)視三個(gè)用戶可選擇的諧波，除了的根本。它自動(dòng)跟蹤基頻和提供實(shí)時(shí)諧波測(cè)量更新。諧波分析包括電流有效值，電壓有效值，和有功，無功和視在功率，功率因數(shù)，以及諧波失真，總諧波失真加噪聲(THD + N)的計(jì)算。 該ADE7880采用7秒階A / D轉(zhuǎn)換器，一個(gè)數(shù)字積分器，基準(zhǔn)電路，以及所需的信號(hào)處理能力。它支持IEC 62053-21，IEC 62053-22，IEC 62053-23，EN 50470-1，EN 50470-3，ANSI C12.20和IEC 61000-4-7標(biāo)準(zhǔn)，大約需要25 mA到工作。
總結(jié)
的這里討論的智能電表應(yīng)用例如MCU是非常有能力，形成一個(gè)智能電表系統(tǒng)的焦點(diǎn)。雖然一些MCU是具有集成的AFE，在其他情況下，信號(hào)的捕獲和轉(zhuǎn)換的要求可以導(dǎo)致使用單獨(dú)的模擬前端芯片。在電表中，AFE感測(cè)電流和電壓，所述感測(cè)的值轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，然后將數(shù)字值到微控制器。在的情況下，將需要全智能儀表操作的其它部件。智能電表必不可少的外圍設(shè)備的設(shè)備，如EEPROM芯片并提供線路隔離光耦合器。而且，當(dāng)然，需要軟件來進(jìn)行各種數(shù)據(jù)處理功能，包括使用電力量的計(jì)算，和客戶的能源成本的處理。 這就是說，提到的MCU的可用現(xiàn)在，并與一個(gè)或兩個(gè)外部集成電路的完整的智能電表功能，可以實(shí)現(xiàn)-在非常低的功耗。
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