基于ARM芯片的网络化电能表设计

来源：IC37　作者：佚名　责任编辑：admin　发表时间:2012-07-10 20:37　

核心提示：LPC210的4UART1口带有完全的调制解调器接口。由于电能表接入Internet所需要传输的数据量不大，因此可以选用低速的modem芯片，这里选用OKI公司的MSM7512B。MSM7512B是1200bps半双工的FSK调制解调器。采用3-5V单电源工作，功耗较低。

引言

目前，测量仪表正向网络化方向发展，每一个单独的嵌入式仪表都将成为Internet上的一个节点。本系统在ARM+RTOS的方式下实现了电子式电能表的网络化，硬件平台以ARM核微控制器LPC2104为核心，软件系统则是在uC/OS-II操作系统下开发的。

系统硬件设计

LPC2104是Philips公司推出的一款以ARM7TDMI-S为核心的32位微控制器。LPC2104内部集成了很多功能，包括128k字节的高速Flash存储器、双UART、多个32位定时器，以及SPI、I2C串行接口和RTC等。其中UART1带有完全的调制解调器接口，可以用于网络产品。

CS5460是Cirrus Logic公司的单相功率/电能计量芯片，带有串行接口。CS5460集成度很高，里面包含了两个 ADC、高/低通数字滤波器、能量计算单元、串行接口和数字-频率转换器等。CS5460将它测得和计算出的结果分别保存在它的各个寄存器中，而能量值则通过脉冲输出给CPU，还可以驱动计度器。

该网络化仪表的工作原理是：首先由采样电路将输入的大电流/电压转化为CS5460能够接收的小电压信号。CS5460根据采样的电流/电压计算出电能，然后将电流、电压、电能和功率等通过三线双向串行接口传送给CPU(能量值通过脉冲输出)，CPU根据键盘的输入指令在液晶显示器上显示结果或者通过串口将结果传送到Internet上。LPC2104本身既作为CS5460的控制器，又作为嵌入式网关，实现了电能表的远程通信功能。本系统的硬件结构图参见《电子设计应用》2004.8。

CS5460只能接收小于150mV的小电压信号，在采样电路部分应选择适当的电流/电压互感器，将输入的电流/电压转换到CS5460能够接收的电压范围。

在电压采样电路中，取入的电压经过电压互感器降压、隔离，然后通过低通滤波。最后端的电容C1表现出很大的阻抗，用于取电压。电流采样电路比电压采样电路多了取样电阻R5。R5用于将从电流互感器出来的电流转换为电压。采样电路图参见《电子设计应用》2004.8。
C
S5460与LPC2104以标准SPI接口，非常容易。由于CS5460是以定宽变脉冲输出能量值，因此将其能量输出引脚与LPC2194的一个外部中断引脚相连，用来收集能量值。

由于电能的累计值以及校准常数需要保存到EEPROM中，所以扩展一片24C16用来保存这些数值。LPC2104本身带有I2C接口，扩展EEPROM非常容易。

LPC210的4UART1口带有完全的调制解调器接口。由于电能表接入Internet所需要传输的数据量不大，因此可以选用低速的modem芯片，这里选用OKI公司的MSM7512B。MSM7512B是1200bps半双工的FSK调制解调器。采用3-5V单电源工作，功耗较低。

另外需要注意的是CS5460输入/输出信号均为5V，而LPC2104的信号为3.3V，因此两者之间需要加上电平转换电路。(责任编辑：admin)

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