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。射頻識別技術(shù)是一種非接觸式自動識別技術(shù)，是通過射頻信號來白動識別門標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。基本的RFID系統(tǒng)是由電子標答(射頻卡)、閱讀器及應(yīng)用支撐軟硬件二部分組成。RFTD標簽由芯片和天線組成，何個標簽都具有唯一的電子編碼。根據(jù)發(fā)送射頻信號的方式不同。標簽又分為主動式和被動式兩種口主動式標簽由內(nèi)置電池供電主動向讀寫器發(fā)送射頻信號。被動式標簽在接收到閱讀器發(fā)出的電磁波信號后，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)。閱讀器負責(zé)向標簽發(fā)射讀取信號并接受標簽的應(yīng)答，劉標簽的對象標識信息進行解碼，將對象標識信息連帶標簽上其它相關(guān)信息傳輸?shù)街鳈C以供處理。RFID應(yīng)用支撐軟硬件主要負貴實現(xiàn)與企業(yè)=或組織應(yīng)用相關(guān)的功能。
1 工作原理
電能計星芯片根據(jù)電壓、電流輸人信號生產(chǎn)電能量脈沖信號和電流方向信號送給MCU進行處理。MCU對電量脈沖進行累計。計算出電量并存貯，同時根據(jù)當(dāng)前費率對剩余電蘭進行減法處理，并判斷是否告警或斷電。MCU不斷讀時鐘，并決定當(dāng)前運行的費率。MCU還監(jiān)測RS485總線和紅外通訊信號，接收或響應(yīng)命令，進行串行通訊。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量單元、射頻接口單兀、通信單兀、存儲單元、時鐘單元、顯示單元、鍵盤處理單元、負荷控制單元、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MSP430F427，它具有16kB FLASH和1kB RAM，自帶有128段LCD驅(qū)動器。計量部分用ADI公司的專用電能計量滲片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。存儲部分采用E-PROM存儲器AT24LC16,實時時鐘采用MAXIM公司的帶溫度自動補償?shù)腄S3231。鋰電池用于保證在電網(wǎng)斷電時電能表的n1常運行。掉電監(jiān)測單兀采用MAX705實時監(jiān)控線性電源網(wǎng)絡(luò)的工作情況。負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載的通斷。電能表與卜位機的信息交互采用近紅外光電通信和遠程HS485總線方式。電能表采用按鍵實現(xiàn)關(guān)鍵信息的杳詢。
圖1 電能表原理框圖
2 硬件設(shè)計
2.1 電能計量部分
ADE7755 采用混合電路設(shè)計，模擬部分包括2個16 位Σ - Δ 模數(shù)轉(zhuǎn)換器( ADC) 、1 個基準電路; 數(shù)字部分又稱為數(shù)字信號處理模塊，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 保證了信號的線性度與準確度;而在數(shù)字域內(nèi)進行相位校正、濾波、乘法運算、數(shù)頻轉(zhuǎn)換有利于提高運算結(jié)果的穩(wěn)定性。因此，ADE7755芯片即使長期運行于極端惡劣的環(huán)境下，仍具有較高的穩(wěn)定度和準確度，其準確度超過了IEC61036 標準提出的要求。
ADE7755 的計量電路如圖2 所示。電壓通過電阻分壓網(wǎng)絡(luò)后連接到ADE7755 取樣的電壓計量通道，電流通過錳銅片后送入ADE7755 的電流計量通道，ADE7755 的線性度為1‰，保證了計量的準確性。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)定了一個最小輸出頻率，當(dāng)負載產(chǎn)生的輸出頻率低于這個規(guī)定的最小輸出頻率，F(xiàn)1、F2和CF 將不會輸出任何脈沖，這個頻率是滿量程輸出頻率對應(yīng)的F1-4的0.0014%。電能表的脈沖常數(shù)是1600imp/kWh，最大負載電流是40A，最合適的F1-4頻率為13.6Hz，即S0=1，S1=1，SCF=0。
圖2 電能計量電
