基于MAX690A芯片的集中式智能电表抗干扰设计

【摘　要】　对采用单片机自动测控技术的智能电表系统的软、硬件抗干扰设计作了全面介绍，重点对μP监控集成芯片MAX690A的应用与性能作了详细说明。
    关键词：单片机，硬件抗干扰，软件抗干扰

1　引　言
　　目前，我国绝大多数城乡居民用电抄表还采取人工方式，既消耗大量的人力、物力，且采集数据的时间跨度大、准确度低。因此，国家有关部门规定以后将逐步以计算机为基础的自动抄表系统取代传统的人工抄表。但是这样一来，传统的机械电表在性能上就不能适应要求。针对这一情况，我们采用单片机自动测控技术，设计了一种既能独立使用又能面向自动抄表系统的集中式智能电表。本集中式智能电表将32户的电表集中于一体管理，可对各户的电量进行计量、巡回显示、集中抄读。系统结构框图如图1所示。

2  系统抗干扰设计的必要性
　　由于集中式智能电表工作于居民住宅区内，很容易受到系统内、外部各种电气和电磁干扰，其中以供电系统干扰为主。在家用电器中，许多为电感性负载，它们的快速切换会对电网产生噪声干扰，进而可能导致单片机数据混乱或死机，规律如下：
      ·干扰脉冲幅度较小时，对单片机基本无影响；
    ·干扰脉冲幅度较大时，使单片机复位；
　　·干扰脉冲幅度较大，且在瞬间脉冲数目很多，可能导致单片机数据混乱或死机。
　　因为集中式智能电表是长期连续地挂网运行，因此要求系统对运行过程中所出现的诸如数据混乱、死机等任何异常现象均能安全恢复，这就需要采取必要且有效的软、硬件抗干扰措施。否则，系统性能的可靠性与运行的安全性均会降低，导致用户和电业局产生经济纠纷。作为一个单片机测试系统，其抗干扰设计主要分为硬件抗干扰设计和软件抗干扰设计两个方面。
3　抗干扰设计
3．1　硬件抗干扰设计
　　系统在电信号采集和输出部分均采用光电耦合器，光电耦合器的一次侧和二次侧是电绝缘的，因此对地电位差干扰有很强的抑制能力，同时也具有很强的抑制电磁干扰的能力。
在系统供电部分，电源在向系统提供电能的同时，也会把干扰噪声直接由供电端加在控制电路上，而单片机的复位线、中断线等控制线，最易受到这种外界噪声的干扰，因此必须采取一定措施加以抑制、消除，具体方法为：电源部分由变压、整流、滤波、稳压四部分组成，且一次侧加Π型滤波器，适当加大变压器容量，但这些措施只能使干扰脉冲的数量和幅度有所减少，不能从根本上解决问题，因此必须使用单片机专用的电源监控电路。

　　本系统在硬件抗干扰方面采取的重要措施是选用了单片机系统μP监控集成电路—MAX690A。
MAX690A具有：复位（上电复位、掉电复位、崩溃复位），后备电池切换，软件看门狗定时器（1．6s）和电源监视（1．25V的电压比较器）以及后备电池切换等功能。管脚排列如图2所示。
　　·VOUT（1脚）：给CMOSRAM供电，当Vcc高于复位门限电平（4．65V）时，VOUT＝Vcc；当Vcc低于复位门限电平时，VOUT与Vcc和VBATI中的最大值保持一致。
　　·Vcc（2脚）：工作电压端，电压取值为：1．2～5．5V。
      ·GND（3脚）：接地端。
      ·PFI（4脚）：电源故障输入端。当此端电压输入低于1．25V时将变为低电平。
　　·PFO（5脚）：电源故障输出端，低电平有效。可作为CPU中断输入信号通知单片机，使系统在掉电前，进行一些必要的处理，如保存重要数据等。
　　·WDI（6脚）：看门狗喂入端。当其保持高电平或低电平的时间达到1．6 s时，内部看门狗定时器溢出，并触发RESET信号输出。
　　·RESET（7脚）：复位端，低电平有效。当Vcc低于4．65V或看门狗定时器溢出时，RESET变为低电平。
　　·VBATI（8脚）：备用电源输入端，可接3．6V的锂电池。
　　MAX690A在集中式智能电表系统中的应用电路如图3所示。
3．2　软件抗干扰设计
    本系统采取的软件抗干扰措施有：
　　·对输入信号采用电平检测而非边沿检测，以减少各种随机干扰脉冲的影响。
　　·把重要的状态寄存单元备份，当系统状态受干扰破坏后，能及时查询、备份寄存单元的信息，进行状态纠正。
　　·电量数据存放之前，对其进行校验，以保证数据的正确性。
　　·电量数据在6264和24LC65中都采取多址存放，互为备份，以确保万无一失。
　　·设置自检程序，在某些内存单元设置状态标志，在开机运行后，对其进行监测，保证信息存储、传输、运算的高可靠性。
　　·插入空操作指令：在比较条件转移指令、绝对转移指令、中断、堆栈指令前，以及数据表格后，插入空指令，提高系统的稳定性。
　　·为避免程序运行失常，发生诸如程序“跑飞”、数据区和工作寄存器中的数据遭到破坏等情况，利用了MAX690A的计数器定时电路即看门狗电路来监视程序的运行。只要程序运行得正常，单片机就会在小于1．6s的时间段内，给MAX690A的WDI端送入脉冲信号，从而MAX690A不会输出复位信号；而当程序运行失常，因“跑飞”等原因单片机不能在1．6s内给WDI端送入脉冲信号，MAX690A将输出一个复位信号，促使单片机系统复位。此外，为避免程序运行失常，可在程序存储器的空白处，填满空操作指令和长转移指令，来截获跑飞的程序，最后通过强制复位，使程序返回到初始状态。

4　结束语
　　对本集中式智能电表进行了全面有效的系统软、硬件抗干扰设计，特别是充分利用了MAX690A芯片的强大监控功能，实现了本系统三状况（上电、掉电、崩溃）复位，后备电池切换，软件看门狗定时和电源监视等功能，从而极大地提高了系统的抗强干扰能力，确保了系统运行的安全性与可靠性，为该智能电表实际的应用与推广提供了可靠的技术保障。

参考文献

1　朱大奇．单片微机抗干扰的软件WATCHDOG技术．电工技术杂志，1998（3）：3～4
2　何立民．单片机应用系统抗干扰技术．北京：北京航空航天大学出版社，2001