一种非接触式单相费控智能电表的设计 - 全文

　　传统的单相电能表解决方案主要是采用8位单片机作为主控芯片，但随着智能电能表标准的日益提高，传统的解决方案在硬件资源利用和软件设计上已经受到限制。本文采用NXP公司32位LPC1100系列Cortex-M0微控制器作为主控芯片，实现非接触式单相费控智能电表的设计。LPC1100系列微控制器具有丰富的外设资源和高性能的运算处理能力，提高了硬件和软件的设计灵活性，是国网单相表设计的理想选择。 该方案中本地费控采用非接触式卡实现，符合国网公司关于信息交换的安全技术规范。

　　国网单相表DDS-GW解决方案采用NXP公司低功耗LPC1100系列Cortex-M0微控制器作为主控芯片，完全按照国家电网公司智能电表系列标准设计，满足《智能电能表功能规范》，集合了计量、本地费控、零线防窃电、瞬时/约定/定时/日冻结，事件记录等多种功能，具有RS485通信接口和红外通信接口。

　　系统结构

　　国网单相表DDS-GW采用恩智浦公司的32位Cortex-M0微控制器LPC1100作为主控芯片，外加计量单元、费控、RS485、红外通信、数据存储、LCD显示等功能模块组成。国网单相表的系统结构如下图所示。

　　方案优势

　　高性能Cortex-M0处理器——电力行业量身定制

　　传统的单相电能表解决方案主要是采用8位单片机作为主控芯片，但随着智能电能表标准的日益提高，传统的解决方案在硬件资源利用和软件设计上将受到限制。国网单相表DDS-GW采用NXP公司32位LPC1100系列Cortex-M0微控制器作为主控芯片。该微控制器是NXP公司为电力行业单相表量身定制，它基于Cortex-M0内核，主频时钟高达50MHz，具有3路串口、1路I2C接口、1路SPI接口和128K片内Flash，支持睡眠、深度睡眠、深度掉电3种低功耗模式。 LPC1100系列微控制器具有丰富的外设资源和高性能的运算处理能力，提高了硬件和软件的设计灵活性，是国网单相表设计的理想选择。

　　费控功能：RC522读卡模块

　　MF RC522是NXP公司针对“三表”［1］应用推出的一款低电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片，支持ISO/IEC1443 TypeA（通信速率212kbit/s和424kbit/s）和MIFARE®通信协议。MF RC522集成有SPI、I2C和UART多种通信接口，便于MCU编程控制。 ［1］是指电表、水表、气表。

 

　　技术规格

　　技术标准

　　其性能指标符合GB/T 17215.321-2008《交流电测量设备 特殊要求 第21部分：静止式有功电能表（1级和2级）》的要求；

　　通讯规约符合 DL/T 645-2007《多功能电能表通信规约》；

　　符合国网公司Q／GDW 354-2009、Q／GDW 355-2009、Q／GDW 364-2009、Q／GDW 365-2009等系列企业标准。

　　基本功能和特点

　　电能计量功能：计量正向有功电能、反向有功电能、组合有功电能；

　　分时计量功能：可计量总、尖、峰、平、谷电量；

　　具有复费率电价、阶梯电价多种电价功能；

　　冻结功能：支持瞬时冻结、定时冻结、整点冻结、日冻结等冻结方式的有功电量及有功功率的数据冻结；支持时区表切换、时段表切换、阶梯电价表切换；

　　费控功能：具有可对用电用户进行开关电闸的本地费控功能。设有报警金额和透支门限金额。在达到报警金额或透支门限金额，电能表应能以声、光或其他方式提醒用户或是控制负荷开关中断供电。当电能表确认续交电费信息后，才能允许合闸恢复供电；

　　费控开关在最大电流60A以内为内控方式、最大电流60A以上的为外控方式；

　　本地费控采用非接触式卡实现，符合国网公司关于信息交换的安全技术规范；

　　有多种事件记录功能：掉电记录、编程记录、校时记录、开盖记录、电表清零记录、拉合闸记录、购电记录等保证电能表的安全和事件的可追溯；

　　报警功能：支持LED、蜂鸣器及LCD显示报警；

　　显示功能：电能表可通过自动轮显和手动按键显示的方式在液晶显示屏上显示多种信息，显示信息多，内容丰富；

　　密码闭锁功能：累计3次密码输入错误，电表将自动闭锁，密码锁定后24小时自动解锁；停电唤醒功能：支持显示按键、开表盖及非接触式卡插入等唤醒方式；

　　具有零线防窃电功能；

　　有多种通讯接口：有RS485、红外。

　　实物图片

　　国网单相表的测试板DDS-GW V1.00 Demo如下图所示。