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标题	基于飞思卡尔KM系列微控制器单向智能电表方案设计
范文	赵勇 摘 要： 为推动电能管理行业的创新，为满足单相系统的功耗和成本要求。飞思卡尔认识到嵌入式控制和集成的连接接口将成为未来智能电网的中心，因而已经开发出专用于智能电网应用的新一代智能微控制器。采用MKM34Z128 MCU设计单相智能电表。该参考设计可为开发者提供完整的即插即用解决方案，以缓解成本和面市时间等问题，同时向一体化智能电网迈进，希望对采用KM系列单片机设计智能电表的设计人员有所帮助。 关键词： 飞思卡尔； 单相电表； 智能电表； 硬件设计 中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）09?0125?03 Abstract： To promote the innovation of electric energy management industry and meet the requirement of power dissipation and cost in single phase system. Future smart power grid center with embedded control and integrated interface is realized by Freescale company， so a new generation of intelligent microcontroller specialized for smart power grid application was developed. The MKM34Z128 MCU is applied to design the single?phase smart electric meter， the reference design provides the entire plug and play solution for developers to reduce cost and time， the design moves forward to integrated smart power grid. The design of smart electric meter with KM series single chip will helpful to the designers. Keywords： Freescale； single?phase electric meter； smart electric meter； hardware design 0 引 言 全球绝大多数的家用电表都是单相电表。借助飞思卡尔的MCU，用户可以采用简洁的集成式解决方案，设计出整合高分辨率ADC、PGA、RTC和篡改检测功能的集成式单相电表。在某些情况下，MK30可用作处理通信协议的应用处理器[1]。此外，该器件还具有用于计量应用的独立外部模拟前端。本文详细描述基于KM系列微控制器的智能电表设计方法。 1 计量理论和配置 1.1 能量计介绍 2.2.2 辅助电池 辅助电池提供能量给能量计用以防止主要能量的缺失。当按键按下时，辅助电池激活电表并且保持仪表能量充足直到LCD上参数都被浏览过，并且按键不能再被进一步按压，辅助电池电路如图4所示[4]。 PON信号产生于电源提供部分，因此只有在主要电源不工作时辅助电源才能给仪表上电。锁存信号LATCH的驱动来自MCU，保持着能量计处于开的状态直到按钮被按压。 2.3 显示界面 LCD可以显示输入、输出、提前、滞后、kW，kVAr，kWh，kVArh，篡改的次数、最大需量、日期、时间、频率等，显示界面如图5所示。LCD没有一个内置背光灯，需要使用外部的灯使屏幕和信息显而易见。图6所示电路是实现 LCD背光灯的电路图。背光灯从显示屏的背后照亮了LCD，这将提高它在光线不良情况下的可读性[5?6]。 2.4 模拟信号控制 信号调节块被用来把电压和负载电流调节到芯片需要的电压水平。信号调节电路图如图7所示。 分流电阻安放在相位元件上而电流互感器安放在中性元件上，如果PGA的增益为8的话，500 μΩ的分流器在电流为44 A时会达到饱和。二次电流互感器上的10 Ω负载电阻器当电流值是44 A时达到饱和。对于这些信号来说，像电位平移和外部增益这些信号调节是不需要的。电阻分压网络是用来降低电压到一个可测量的水平。 2.5 打开篡改检测 当外壳上盖关闭时，SW2开关连接位置将会打开。这将会被认为是无干扰条件，并且BT1不会通过[R31]负载。当外壳上盖打开时，SW2开关连接位置将会关闭。这是干扰环境且BT1会通过[R31]负载。当开关SW2关闭时也有计量系统电量的准备。电池电压通过电阻[R31]处会下降，并且电压值出现在篡改引脚处。篡改引脚将会被内置RTC检测到。这种打开篡改即使在没电的情况下也可以被检测到。这将会连接备用电池给系统供应电量[2]。图8给出了开盖篡改电路图。 3 软件设计 软件设计主要包括测量，数据库，用户界面和通信模块。软件体系结构运行在基于KM控制器的定制内核上。该控制器采用外部时钟源和锁相环产生12.28 MHz的系统时钟。 软件主要功能模块包括：测量模块，数据库管理模块，用户接口模块，通信模块。 3.1 硬件资源分配 表2列出了用于计量应用的单片机资源。 3.2 仪表启动顺序 当完成引导，根据供应情况和唤醒模式（从复位），测量设备花一些时间安定下来进入模式。该软件首先检查从调节器的输出是否为低。如果是，那么没有电源外部按键唤醒仪表，应该允许用户通过通信读取或滚动显示列表。在仪表运行过程中，电源的变化可能导致需要切换到另一个模式。模式的切换流程图如图9所示。 4 结 论 本文采用MKM34Z128 MCU设计单相智能电表。该MCU采用低功耗、高性能32位ARM?CortexTM?M0+内核。本文详细介绍了该芯片设计电表的硬件结构及其软件设计，希望对采用KM系列单片机设计智能电表的设计人员有所帮助。 参考文献 [1] 施长浩，陈鹏.基于KM14Z64的三相智能电表方案设计[J].中国集成电路，2014（6）：66?68. [2] 施王莹.智能电表/智能能源的技术市场[J].电子产品世界，2012（7）：24?28. [3] 崔立飞，蒋大明，薛世骏.电能表错线远程诊断[J].微计算机信息，2005（8）：122?124. [4] 杨淑宏.如何在线检查三相三线制电能表的误接线[J].自动化技术与应用，2006（2）：71?73. [5] 房开瑞.用电能表和秒表测量家用电器功率的方法[J].甘肃科技纵横，2006（6）：47?48. [6] 刘军兰，王刚，黄国兵，等.电能表信息管理与通信配置检测系统设计与实现[J].西安工程大学学报，2008（2）：192?196.
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