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绿色传感网中智能抄表系统设计

来源:中国一卡通网  作者:石彪,林孝康, 张盛  发布时间:2011-12-07 09:38:19  字体:[ ]

关键字:智能电表  智能电网  绿色传感网  AMI  

摘   要:智能用电作为绿色传感器网应用的重要方面,其中的AMI是实现智能电网技术的基础性的一步,对电表的功用和性能提出了新的要求,使智能电表技术成为AMI技术的关键部分。本文基于ST公司的芯片方案,提出了一种智能电表设计方案,计量芯片采用STPM01,控制器采用STM32F103。针对智能抄表的通讯网络要求,该智能抄表方案集成了基于wirelessHART协议的收发模块。文章介绍了AMI中电表系统的设计,详细描述了方案的部分电路,并比较得出了wirelessHART协议抄表方案的优势。


  2.2 MCU模块 

  处理器采用STM32F103,为基于Cortex-M3内核的32位微处理器,64管脚。处理器工作频率为72MHz,内置128K 字节的Flash存储器和20K 字节的SRAM。可采用7路通用DMA直接管理存储器到存储器、设备到存储器和存储器到设备的数据传输。电表的MCU模块结构图如图4所示。 


  该模块以处理器为核心,从SPI口接收STMP01送来的状态信号和能量信息,通过I2C口扩展EEPROM存储设备M24512R和RTC时钟M41T83,通过USART接RS485通讯。在驱动LCD模块时,除公用初始化引脚RESET外,还使用了6个处理器管脚作为控制端,其中PB2作为LCD背灯控制端,PB8脚为定时器引脚,作为LCD信号中断请求使用。另外,按照STM32 的特性,设置BOOT0,BOOT1两位值设为0X时,模式为读取主闪存;设为11时,模式为读取内置SRAM。 

  2.3 通讯及接口卡模块 

  方案设计了RS485、电力线载波、红外三种通信方式。其中电力线载波采用ST7570集成载波通讯芯片。接口设计了ESAM卡、Smart Card以及miniUSB接口。其中,红外通讯的电路图如图5所示。


  2.4 电源模块 

  电源采用开关电源结构,其设计示意图如图6所示。市电经过雷击、过流保护、过压保护,滤波,整流进入高频变压器,从变压器二次侧分成三路绕组,分别经KF50B电压调节器稳压后引出。一路给RS485通讯部分供电;一路又分为两支,+12V一支直接给继电器和电力载波供电,另一支经DC-DC变换后给MCU、唤醒电路供电;第三路则给隔离、比较器及其他部分模块供电。控制开关部分采用VIPER27芯片,集成了一个电流PWM开关和N沟道的MOSFET,最小击穿电压为800V。二次侧分成三路绕组引出,增加了一定的布线难度,但是简化了电路模块间的隔离。为减小电磁干扰,在输出+12V绕组接一个330pF/100V电容,+5V输出绕组接入330pF/2kV电容,在PG与地之间还单独并入防串扰电容。


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