CS5460A在单灯监控系统中的应用

随着无线通信技术和计算机技术的飞速发展，城市照明监控技术也有了长足的发展。目前国内很多公司都开发了智能城市照明监控系统，但这些系统都存在一个问题：单灯状态监控的精度不高，无法精确得知单灯在运行时电压值、电流值等指标。
    为了解决上述问题，现采用CS5460A对单灯的电压有效值、电流有效值等进行精确检测，然后将单灯的状态值通过城市照明监控网络上传到后台服务器，以便实时精确监控照明设施的运行状况。

1 系统硬件设计
1．1 单灯监控系统架构
    照明监控系统的ZigBee网络中的节点分为三类：协调器、路由节点、终端节点。路端单灯测控器由路由节点或终端节点加上外围采集控制模块构成，其作用是接收主控发送的命令，对路灯进行控制和状态的采集。各节点均采用Freescale公司生产的2.4GHz射频芯片MC13213，它采用Freescale公司的低电压、低功耗HCS08核心，并带有嵌入式闪存、10位模／数转换器、低压中断和键盘中断等功能。MC13213支持专用点到点，简单星形以及MASH网络，采用Figure 8 Wireless Z-stack的符合ZigBee标准的网络。
    CS5460A是一个包含2个△-∑模／数转换器(ADC)、功率计算功能、电能到频率转换器和1个串行接口的完整的功率测量芯片。它可以精确测量瞬时电压值、电流值和计算Irms、Vrms、瞬时功率、有功功率、无功功率。
    采集到的路灯的电压值、电流值可以通过ZigBee网络及GPRS上传到后台服务器，以便对整条路的路灯状态进行更好的监测。单灯监控系统主要由MC13213模块和CS5460A采样电路组成，同时包含继电器控制电路。单灯测控系统的整体架构如图1所示。

1．2 采集电路的设计
    CS5460A的电压通道的最大有效值输入为250 mV。电流通道集成有一个增益可编程放大器(PGA)，输入的电平最大有效值可为250 mV或50 mV。由于CS5460A的△-∑调制器采用了过采样原理，对高频信号噪声有很强的抑制性，因此输入信号无需进行复杂的滤波处理。

    图2是本系统检测电压和电流输入采样电路。其中PWR_L为被测交流电中的火线，PWR_N为被测交流电中的零线，LOAD为连接负载的交流火线。图中电压互感器采用的是TV1005-1M，它是一种电流型电压互感器。电流互感器采用的是TA1005-1M，它采用电阻法获得互感电压。其中的二极管D1～D4起到保护电路的作用。
1．3 CS5460A的接口设计
    CS5460A的串行口包括CS、SDI、SDO、SCLK 4条控制线，与MC13213的I／O口连接十分方便。MC13213对CS5460A的操作通过写一些命令字节来实现的，传输方式通过I／O接口来模拟SPI传输。其中命令字包括对寄存器的读写及对CS5460A的校准，初始化配置等。设置CS5460A的数据输入SDI、数据输出SDO、串行时钟SCLK、片选CS、复位引脚RESET分别与MC13213的PTA1～PTA5相连，在进行测量之前要先对CS5460A进行复位。CS5460A与MC13213的接口电路如图3所示。