0 引言
感應(yīng)式電能表以及普通電子式電能表存在諸多缺陷，如功能單一、防竊電效果差、抄表方式落后、IC卡易損壞污染等、為了適應(yīng)電能表智能化的趨勢。將射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)應(yīng)用到電量信息的傳輸、更好地體現(xiàn)RFID免接觸、無源、信息安全等優(yōu)勢。射頻識(shí)別技術(shù)是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，是通過射頻信號(hào)來白動(dòng)識(shí)別門標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。基本的RFID系統(tǒng)是由電子標(biāo)答(射頻卡)、閱讀器及應(yīng)用支撐軟硬件二部分組成。RFTD標(biāo)簽由芯片和天線組成，何個(gè)標(biāo)簽都具有唯一的電子編碼。根據(jù)發(fā)送射頻信號(hào)的方式不同。標(biāo)簽又分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種口主動(dòng)式標(biāo)簽由內(nèi)置電池供電主動(dòng)向讀寫器發(fā)送射頻信號(hào)。被動(dòng)式標(biāo)簽在接收到閱讀器發(fā)出的電磁波信號(hào)后，將部分電磁能量轉(zhuǎn)化為供自己工作的能量從而做出響應(yīng)。閱讀器負(fù)責(zé)向標(biāo)簽發(fā)射讀取信號(hào)并接受標(biāo)簽的應(yīng)答，劉標(biāo)簽的對(duì)象標(biāo)識(shí)信息進(jìn)行解碼，將對(duì)象標(biāo)識(shí)信息連帶標(biāo)簽上其它相關(guān)信息傳輸?shù)街鳈C(jī)以供處理。RFID應(yīng)用支撐軟硬件主要負(fù)貴實(shí)現(xiàn)與企業(yè)=或組織應(yīng)用相關(guān)的功能。
1 工作原理
電能計(jì)星芯片根據(jù)電壓、電流輸人信號(hào)生產(chǎn)電能量脈沖信號(hào)和電流方向信號(hào)送給MCU進(jìn)行處理。MCU對(duì)電量脈沖進(jìn)行累計(jì)。計(jì)算出電量并存貯，同時(shí)根據(jù)當(dāng)前費(fèi)率對(duì)剩余電蘭進(jìn)行減法處理，并判斷是否告警或斷電。MCU不斷讀時(shí)鐘，并決定當(dāng)前運(yùn)行的費(fèi)率。MCU還監(jiān)測RS485總線和紅外通訊信號(hào)，接收或響應(yīng)命令，進(jìn)行串行通訊。另外，電表還監(jiān)測繼電器狀態(tài)和電池電壓、功率等參數(shù)，對(duì)非nI:常狀態(tài)告警和記錄。
基于RFID的一單相電子式電能表的硬件電路包括電能計(jì)量單元、射頻接口單兀、通信單兀、存儲(chǔ)單元、時(shí)鐘單元、顯示單元、鍵盤處理單元、負(fù)荷控制單元、MCU監(jiān)擰單元和直流電源單元等部分。智能電能表原理框圖如圖1所示。
微控制器采用TI公司的超低功耗單片機(jī)MSP430F427，它具有16kB FLASH和1kB RAM，自帶有128段LCD驅(qū)動(dòng)器。計(jì)量部分用ADI公司的專用電能計(jì)量滲片ADE7755 。射頻讀寫接口芯片選用PHILIPS公司讀寫器專用芯片MF RC500，射頻卡選用低成本無源型Mafare MF1卡。存儲(chǔ)部分采用E-PROM存儲(chǔ)器AT24LC16,實(shí)時(shí)時(shí)鐘采用MAXIM公司的帶溫度自動(dòng)補(bǔ)償?shù)腄S3231。鋰電池用于保證在電網(wǎng)斷電時(shí)電能表的n1常運(yùn)行。掉電監(jiān)測單兀采用MAX705實(shí)時(shí)監(jiān)控線性電源網(wǎng)絡(luò)的工作情況。負(fù)荷控制部分采用上海貝斯特公司的BST-902-(50)A型磁保持繼電器控制負(fù)載的通斷。電能表與卜位機(jī)的信息交互采用近紅外光電通信和遠(yuǎn)程HS485總線方式。電能表采用按鍵實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵信息的杳詢。
圖1 電能表原理框圖
2 硬件設(shè)計(jì)
2.1 電能計(jì)量部分
ADE7755 采用混合電路設(shè)計(jì)，模擬部分包括2個(gè)16 位Σ - Δ 模數(shù)轉(zhuǎn)換器( ADC) 、1 個(gè)基準(zhǔn)電路; 數(shù)字部分又稱為數(shù)字信號(hào)處理模塊，包括相位校正器、高通濾波器、乘法器、低通濾波器、數(shù)頻轉(zhuǎn)換器等。混合電路設(shè)計(jì)結(jié)合了模擬電路和數(shù)字電路的優(yōu)勢，高精度16 位Σ - ΔADC 保證了信號(hào)的線性度與準(zhǔn)確度;而在數(shù)字域內(nèi)進(jìn)行相位校正、濾波、乘法運(yùn)算、數(shù)頻轉(zhuǎn)換有利于提高運(yùn)算結(jié)果的穩(wěn)定性。因此，ADE7755芯片即使長期運(yùn)行于極端惡劣的環(huán)境下，仍具有較高的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度，其準(zhǔn)確度超過了IEC61036 標(biāo)準(zhǔn)提出的要求。
ADE7755 的計(jì)量電路如圖2 所示。電壓通過電阻分壓網(wǎng)絡(luò)后連接到ADE7755 取樣的電壓計(jì)量通道，電流通過錳銅片后送入ADE7755 的電流計(jì)量通道，ADE7755 的線性度為1‰，保證了計(jì)量的準(zhǔn)確性。CF 頻率輸出端經(jīng)過外接濾波電路與MCU 的IO 口連接。ADE7755 設(shè)定了一個(gè)最小輸出頻率，當(dāng)負(fù)載產(chǎn)生的輸出頻率低于這個(gè)規(guī)定的最小輸出頻率，F(xiàn)1、F2和CF 將不會(huì)輸出任何脈沖，這個(gè)頻率是滿量程輸出頻率對(duì)應(yīng)的F1-4的0.0014%。電能表的脈沖常數(shù)是1600imp/kWh，最大負(fù)載電流是40A，最合適的F1-4頻率為13.6Hz，即S0=1，S1=1，SCF=0。
圖2 電能計(jì)量電
