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欢迎广大电子工程师和工程技术人员参加2009年11月11日由中电网和飞思卡尔™半导体共同举办的“智能电表,轻松创造 - 飞思卡尔电表解决方案研讨”在线技术座谈(网址:http://seminar.eccn.com/091111/tindex.asp)
从前,电表的设计采用个别的数字信号处理器(DSP)与ADC转换器相结合的解决方案,这虽然提高了计量的准确性,但也明显增加了系统成本。现在,我们可采用配置了微控制器(MCU)与数字信号处理器(DSP)的单一芯片,这可降低系统总体成本,同时简化解决方案。
设计挑战
电子仪表的功能和性能都优于传统的Ferraris轮仪表。优点之一是其在测量非线性负荷的准确性,电子测量是更加稳定和精确。但成本和
可靠性是这种方法普遍应用的主要障碍。为赢得更多客户,相比电动机械式系统,电子仪表必须提供更多的功能或降低系统总体成本。
解决方案
飞思卡尔半导体推出的DSP56F80x具备高性能、低成本、单片式电表的所有这些特点,并具有其他系统所不具备的大量辅助功能。
基于DSP的测量计可计算各种电气参数:
有源功率与能量
无源功率与能量
视在功率与能量
估算最大需求量(峰值功率)并存档计算
多重税制计算器
相电压与相电流均方根(RMS)值
频率,功率系数
高次谐波分析
DSP56F80x处理器最主要的外设包括2x4通道快速连续采样12-bit ADC、通用端口、定时器、FLASH存储器及处理能力可达40 MIPS的微处理器。片上FLASH是可分页擦除和取代存储校准数据的电可擦除只读存储器(EEPROM)。快速片上ADC可分析电力线扰动,并具有电动机械式及简易电子测量仪所不具备的其他分析功能。
DSP56F80x可用作电力线调制解调器。这调制解调器接收功能是采用与电功计算相同的电压采样。传输功能采用片上PWM模块,经缓冲器接一个功率相位。
片上ADC可同时进行双采样,从而可对每一相位的电流和电压共同采样。能量计算主要包括乘法和加法运算,可通过这种DSP轻松地进行。ADC的高采样率(最高采样率可达每830KHz两采样)有助于提高测量精度,即使在非线性负荷情况下进行测量。
电阻分压器将相电压降低到ADC的工作范围之内,通过增加电阻可改变分压器。分压器将零电平输入电压偏压至ADC工作范围的中间位置。相电流通过变流器测量,测量期间,只需转换OPAM即可放大输入电平。根据变流器类型,在计算能量之前,有能需要通过软件校正相移。
电力线调制解调器通过软件实现。DSP56F80x完全有能力在进行能量计算时,同时操作滤波器、解调器、发射调制器及其他必要部件。只需增加电力线路接口缓冲器连接变压器。这个缓冲器由一对简单的推挽晶体管组成。变压器主要用于隔离高压。初级线圈连接电容谐振电路执行发射后级滤波。这些部件应根据调
制线路的需要使用。这种用途下的相应调制可采用频移键控方式(FSK),调制频率范围为CENELEC规定的125-140kHz,或美国联邦通信委员会(FCC)规定的450kHz以下。数据速率为1200-2400bps,这一速率对于测量计数据采集已经足够了。对于更高的数据速率,可采用更加先进的调制方法。
完整的DSP56F80x三相电表如图1所示。取消不必要的变压器和分压器后,类似线路图可用作单相或双相测量仪。
选装模块说明如图1所示:
显示屏,键盘经通用端口脚(GPIO)或经SPI连接
读出/服务终端, M-BUS总线接口或RF(射频)接口经SCI0 (UART) 连接
预付卡接口 根据预付卡提供能源
RTC,数据登录时间戳实时时钟与多重税制计费
由于所有部件以电流测定方式连接电源出口,因此所有用户接口(如果有的话)应由光耦合器隔离。
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