CN202008505U - 一种基于spi通讯的智能电能表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于SPI通讯的智能电能表，其特征在于：包括主控芯片(1)，主控芯片(1)分别与LCD显示器(2)、计量芯片(3)、RS485通讯模块(4)、红外通讯模块(5)、EEPROM、RTC和按键(6)相连，所述主控芯片(1)通过SPI通讯模块(7)与计量芯片(3)相连。本实用新型硬件结构简单，体积小巧，性能稳定，且功耗较低。

Description

一种基于SPI通讯的智能电能表

技术领域

本实用新型专利涉及一种智能电能表，尤其涉及一种用于国家电网的单相智能电能表。

背景技术

2009年9月，国家电网公司颁发了一系列的智能电能表标准，紧接着一批国网单相智能电能表设计方案应用而生。国网单相智能电能表的基本设计方案为CPU+计量芯片。

现有的设计方案所用的计量芯片，功能固定，程序是固化在芯片内部，用户无法根据需要更改芯片的功能，因此使用不够灵活。

另外现有的电能表硬件结构比较复杂，且低功耗能力不是很强。对于用电池供电的智能电表来说，不是最佳的选择。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种基于SPI通讯的智能电能表。它结构简单，体积小，成本低，低功耗。

本实用新型的技术方案：一种基于SPI通讯的智能电能表，其特征在于：包括主控芯片，主控芯片分别与LCD显示器、计量芯片、RS485通讯模块、红外通讯模块、EEPROM(电可擦可编程只读存储器)、RTC(实时时钟芯片)和按键相连，所述主控芯片通过SPI通讯模块与计量芯片相连。

前述的基于SPI通讯的智能电能表中，所述主控芯片为TI公司的MSP430F44X1系列单片机。该芯片在MSP430F44X系列的基础上，削减了很多不必要的硬件，因此成本大大降低。

前述的基于SPI通讯的智能电能表中，所述计量芯片为利尔达公司的CSG550芯片。该计量芯片不仅能实现电能的计算，还能实时检测电网的其他电参数，如实电压、电流、频率和功率因数等。

与现有技术相比，本实用新型硬件结构简单，体积小巧，性能稳定，且功耗较低。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的红外通讯部分示意图；

图3是本实用新型实施例的RS485通讯部示意图；

图4是本实用新型实施例的CSG550芯片的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。

实施例。一种基于SPI通讯的智能电能表，如图1所示，包括主控芯片1，主控芯片1分别与LCD显示器2、计量芯片3、RS485通讯模块4、红外通讯模块5、EEPROM、RTC和按键6相连，所述主控芯片1通过SPI通讯模块7与计量芯片3相连。所述主控芯片1为TI公司的MSP430F4481单片机(MSP430F44X1系列)。所述计量芯片3为CSG550芯片(其结构如图4所示)。为了保证时钟的准确性，选择EPSON公司的带温度补偿的时钟芯片RX8025T，为了使掉电后的重要数据不丢失，选择了CAT公司的EEPROM用来冻结数据信息，真正实现了数据的永久性保存。

1、电源部分可如下述方式设计。

电网电压经变压器降压后分三路输出，第一路稳压到3.6V(后经二极管降压到3.3V)供主控芯片1，主控芯片1分别与LCD显示器，5、EEPROM、RTC工作；第二路稳压到5V后供由MAX3085为核心的RS485通讯电路工作；第三路与电网共地，主要是稳压到3.3V供计量芯片CSG550工作，实现计量功能。

2、红外通讯部分可如图2所示电路设计。

红外通讯包括数据的发送与接收两部分，数据的发送由Q4、D2等部分组成，当有数据发送时，由主控芯片1产生一个频率为38KHz的PWM信号送至Q4，Q4将以开关的方式控制红外发射管D2的通与断，但是通断的连续性取决于MCU的内部逻辑状态，当某一位的数据为0时Q4将无所束缚的开和断，完全由PWM信号控制，故而将38KHz的载波信号发送出去，接收方通过解码得出“0”信号；反之，如果某位为“1”时，Q4将束缚于截止状态，此时D2将以关断状态保持着，接收方则解码出“1”信号，从而真正实现红外通讯数据的发送。接收部分直接选用ROHM公司的红外接收模块RPM7238-H8R，实现红外数据的接收操作。具体电路见附图3。

3、RS485通讯部分可如图3所示电路设计。

RS485通讯的硬件通道，其转换芯片为MAX3085，和主控芯片1通过光藕实现完全隔离，保证数据传输的可靠性。当主控设备处于接收模式时，TXD处于等待模式(高电平状态)，此时Q2处于截止状态，使能MAX3085的/RE引脚为低电平，使其处于接收模式，当数据传输端口的A、B两端的差分信号变化时立马在RO得到体现，随之产生对应的高低电平，将此电平状态通过光藕U1传输到主控芯片1处理，从而实现数据的接收！

当主控芯片1要发送一个高电平时，光藕U2处于截止状态，此时MAX3085仍然处于接收模式，所以此时传输端口的A、B为输入状态，其两端的电位差完全取决于外部条件，由于A端通过上拉电阻R30接至VCC，B端通过下拉电阻R32接到VSS。此时A＞B，貌似将一个“1”传送到外设；反之，当主控芯片1要发送一个低电平时，光藕U2处于导通状态，此时MAX3085的DE处理高电平状态，使MAX3085处于标准的“Send”模式，将DI端的低电平发送给外设。

4按键部分计。

按键部分包括显示、编程键，显示键用于人机操作，主要用于显示页面切换，并预留用作其它的操作，如长按与短按将执行何种操作等；编程键主要是配合DL/T645-2007通信规约的编程允许，主要是执行写操作时的硬使能等。例外，还设计了开盖检测，当表盖打开时，触点开关将弹起，主控芯片可检测到高电平而表盖是否已闭合。

5、电能计量部分设计

电能计量部分，核心芯片采用/满足国家电网公司技术要求的CSG550，该芯片可以同时采集两路电流和一路电压，并能同时测量电网中的频率，功率等参数，是一款理想的电能计量芯片。采用SPI通讯方式，保证了硬件的简洁性。电能脉冲也是直接从该电路中引出到电能表外壳接线端，实现电能误差修正和校对！

Claims (3)

1.一种基于SPI通讯的智能电能表，其特征在于：包括主控芯片(1)，主控芯片(1)分别与LCD显示器(2)、计量芯片(3)、RS485通讯模块(4)、红外通讯模块(5)、EEPROM、RTC和按键(6)相连，所述主控芯片(1)通过SPI通讯模块(7)与计量芯片(3)相连。

2.根据权利要求1所述的基于SPI通讯的智能电能表，其特征在于：所述主控芯片(1)为TI公司的MSP430F44X1系列单片机。

3.根据权利要求1所述的基于SPI通讯的智能电能表，其特征在于：所述计量芯片(3)为CSG550芯片。

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