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【干货】挑选智能电表的MCU剖析

宣布时候:2021-04-13 09:31:40 来历:康顿智能电力科技(江苏)无限公司

智能电表与在环球市场中利用差别的体系布局(和差别的羁系请求)敏捷成长。由于他们是在由亿万被推行到公用奇迹客户的进程中,有极大的乐趣-并大赏-胜利的智能电表设想在其最根基的情势,电表供给的能量和功率丈量,数据传输,及时时钟掩护和数据显现仪表的后面板上。

智能电表关头设想请求包含以下内容:(1)它们该当以低能量任务,使他们能够或许或许对电池电源永劫候运转,(2)它们必须包含宁静功效,能够或许掩护通信的内容和宁静的存储的数据。根基还供给单向通信,从而完成电力供给商主动地和长途读取仪表利用差别的通信处置计划,包含RF无线,电力线载波,和通用分组无线体系(GPRS)的数据通信。

智能电表与高等计量底子举措办法(AMI)架构供给双向通信,并供给改良的靠得住性和切确度,并监控间断,并供给长途断开的才能和增添变量关税满载鼓励花费者转移峰值负载的挑选的益处。智能电表也能够或许间接与其余米,与内部的显现单位,以许可两个公用奇迹公司及其客户更好地办理动力耗损相同。

作为完成和架构变得愈来愈庞杂,电表须要更多的处置才能和更多的闪存软件栈,通信和谈和固件更新。电表还具备一个通信接口。在美国,良多企业都挑选了ZigBee无线电台为纽带的功效,而在欧洲,一些公用奇迹团体已赞成利用电力线通信节点。MCU的请求 低功耗是智能的根基请求电能表,进而,使功率利用的感测/丈量的MCU。低功耗也是有益的,由于即便电表是由电源供电,它们必须能够或许或许利用电池电源若是电源落空了及时时钟(RTC)坚持运转。 微节制器的智能电表利用须要有高分辩率A / D转换器的电流和电压丈量; 凡是是16位或24位A / D转换速率不是一个题目,以是能够或许利用转换器。双位A / D,凡是须要同时丈量,并能够须要停止温度丈量和入侵检测第三个A / D -必须避免窜改电表。数据传输将很能够须要利用AES,DES,RSA,ECC或SHA-256停止加密。高EMC按捺的IC削减了对内部元件的须要。和EEPROM能够须要的数据记实和存储校准数据。 计量能够是一,二,或三相电能表计量。单相电表在大大都室第利用遍及。此典范地具备一个电压和一个电流被丈量,并且它撑持低到中负荷。双相电表,这是天下性的并不罕见,并且接纳首要集合在日本,有两个电压和两个电流停止丈量。每一个阶段是封闭的180度,它凡是是大中型载荷。

最初,三相丈量凡是用于大的办公空间和产业利用。可是也有一些与彼此120异相三个差别的阶段。三个电压和三个电流须要丈量,以是须要最少六个ADC取得的动力耗损和功率因数的刹时快照。在候选MCU每一个A / D可编程增益级的容纳性是一个很大的支援,传感器接口。 在动力计量办事,一个MCU能够须要处置良多任务。

图1是一功效方框图,显此刻中间的处置器,也是各类外设处置器,能够须要在一个杰出的智能电表设想来处置。

智能电表框图

图1:一个典范的智能电表框图。

以是,此刻大发官网已界说了智能电表办事的MCU,大发官网在那里找到如许的任务的请求是甚么?

这里有几种能够性。32位电能计量IC 的恩智浦EM773FHN33是一个基于ARM的Cortex-M0,低本钱,32位,电能计量IC。它运转在48兆赫,并配有嵌套向量间断节制器,串行线调试,32 KB的闪存和SRAM的8字节。另外,在其核心补充,该MCU包含一个I²C总线接口,一个RS-485 / EIA-485 UART,具备SSP功效,一个SPI接口,三个通用计数器/按时器,多达25个通用I / O引脚和一个"计量引擎"设想成搜集一负载的电压和电流输出来计较有功功率,无功功率,视在功率和功率因数。 有两个电流输出和一个电压输出,并且局部具备表现1百分比的丈量精度。它有一个0.85毫米HVQFN塑料热加强型,薄型四方扁平封装与33端子。在电能计量IC是精确的可伸缩输出源高达230 V / 50赫兹/ 16 A和110 V / 60赫兹/ 20 1%。的16位MCU具备高分辩率ADC 的德州仪器MSP430AFE253IPW低功耗16位位MCU的方针公用奇迹计量利用与撑持跨越2,400 0.1%的精度的单相计量摹拟前端:1的静态规模。该MSP430AFE253IPW有三个24位A / D转换器和闪存的多达16个字节,512字节的RAM,和温度丈量。 MCU也有一个,速率更快,10位A / D。对24位A / D给出的精度目标的FS,最大值为0.2%的偏移偏差-这使得约19位转换器。主动情势电源电流为1 MHz的只要220A,2.2 V和待机为0.5A。它运转在-40℃至85℃。此中A / D的可用于防窜改功效。

另有的MSP430AFE2xx器件系列(图2)九个版本,并且都具备SPI和UART接口,LCD节制器,16位按时器/的PWM,看门狗和硬件乘法器。这些芯片不具备及时时钟或数据加密。

TI的MSP430AFE2xx家庭

图2:TI的MSP430AFE2xx系列供给了SPI和UART接口和一个LCD节制器。

8位或32位挑选

8位飞思卡尔 MC9S08GW MCU(图3)设有特地的差分缩小器和多达16个通道两个16位A / D转换器。该器件具备64 KB的闪存,一个RTC具备窜改掩护,LCD节制器多达288段,和CRC数据校验。它运转在高达3.6在20 MHz的2.15 V和高达10 MHz的1.8 V.该芯片接纳的是1010毫米或1414毫米LQFP封装。

飞思卡尔的另外一种能够性是他们K30的Cortex-M4型32位MCU与低功耗的段LCD节制器,用于驱动多达320段(图3)。该PK30X256VLQ100有一个单一的6位A / D转换器,256 KB的闪存,一个RTC,间断节制器,和CRC数据校验。

飞思卡尔K30框图

图3:飞思卡尔K30框图。

微节制器与LCD驱动器和低功耗情势

Microchip的PIC18F87K90是丈量一个不错的挑选,固然它的24通道A / D转换仅限于12位分辩率。它有一个及时时钟,闪光灯128字节和EEPROM的1字节,加上LCD驱动为192个像素和4个内部间断。在省电情势下,IC的供电电流在60℃的最高600 nA的是。该RTC最多须要4.6A在3.3 V和60℃。在A / D积分线性偏差为&1 LSB的典范,但为6.0 LSB(最大值) -相称舒展。被指定的微分线性偏差为1典范和+ 3.0 / -1.0最大。这是在产业温度规模。不供给加密或窜改打样。的SOC靠近 有所差别的方式接纳的是ADI公司,其ADE7880是否是一个真实的MCU但更多的SOC与调剂的电子电表利用"计较功效块"。它是专为三相电能计量和功效的自顺应及时监控谐波引擎。 该ADE7880装备接纳二阶的sigma-delta摹拟到数字转换器(ADC),数字积分器,基准电路,和一切停止的总(基波协调波)有功和视在电能的丈量,有用值计较,和基波只要功和无功电能丈量所需的旌旗灯号处置的IC能够或许监督三个用户可挑选的谐波,除的底子。它主动跟踪基频和供给及时谐波丈量更新。谐波阐发包含电流有用值,电压有用值,和有功,无功和视在功率,功率因数,协调波失真,总谐波失真加噪声(THD + N)的计较。 该ADE7880接纳7秒阶A / D转换器,一个数字积分器,基准电路,和所需的一切旌旗灯号处置才能。它撑持IEC 62053-21,IEC 62053-22,IEC 62053-23,EN 50470-1,EN 50470-3,ANSI C12.20和IEC 61000-4-7规范,约莫须要25 mA到任务。

总结

的这里会商的智能电表利用比方MCU长短常有才能,构成一个智能电表体系的核心。固然一些MCU是具备集成的AFE,在其余情况下,旌旗灯号的捕获和转换的请求能够或许致使利用零丁的摹拟前端芯片。在电表中,AFE感测电流和电压,所述感测的值转换成数字情势,而后将数字值到微节制器。在一切的情况下,将须要全智能仪表操纵的别的部件。智能电表必不可少的核心装备的装备,如EEPROM芯片并供给线路断绝光耦合器。并且,固然,须要软件来停止各类数据处置功效,包含利用电力量的计较,和客户的动力本钱的处置。 这便是说,一切提到的MCU的可用此刻,并与一个或两个内部集成电路的完全的智能电表功效,能够或许完成-在很是低的功耗。