系统整体硬件设计.doc

目录 一、版本说明 2 二、 目标功能 2 2.1、 参考的国家标准 2 2.2、 系统目标功能 2 2.3、 主要技术指标 2 三、 硬件电路模块介绍 3 3.1、 系统总体硬件设计 3 3.2、 电源模块 4 3.3、 电能参数采集模块 5 3.4、 存储模块 8 3.5、 GPRS无线通讯接口…… 8 3.6、 RS485通讯接口 9 3.7、 红外通讯接口 9 3.8、 段码液晶显示模块 10 3.9、 实时时钟模块 10 3.10、 控制模块 11 智能电能表V2.0整体硬件设计 版本说明 2012年4月设计的V1.0版（未设计GPRS模块），在经过7个月的硬件调试和程序设计，发现几处错误，在V2.0版都进行了较合理的改进。 2012年11月改进的V2.0版，经过初步调试，也发现几处小错误，稍作修改即可。 目标功能 参考的国家标准 Q／GDW 354-2009《智能电能表功能规范》及编制说明； Q／GDW 356-2009《三相智能电能表型式规范》及编制说明； Q／GDW 359-2009《0.5S级三相费控智能电能表（无线）技术规范》及编制说明； DL／T 614-2007 多功能电能表； DL／T 645-2007多功能电能表通信规约。 系统目标功能 （1）用电计测功能。电能计量，包含正、反向有功电能量四象限无功电能量最大需量、分时段最大需量及其出现的日期和时间测量总及分相有、无功功率功率因数分相电压、电流频率等运行参数存储总电能和各费率电能数据存储最大需量、各费率最大需量及其出现的日期和时间数据具备自动循环按键两种显示方式?25～+60℃的温度范围内：时钟准确度应 ≤ ±1s/d；在参比温度（23℃）下，时钟准确度 ≤ ±0.5s/d。 （7）信号输出功能。应具备与所计量的电能量（有功/无功）成正比的光脉冲输出和电脉冲输出可输出脉冲或电平开关信号，控制外部报警装置或负荷开关。100～240V交、直流自适应60℃； 硬件电路模块介绍 系统总体硬件设计 为保证整个系统的稳定工作，电源模块必须在其输入端采取完备的保护措施，在其输出端进行正确隔离，分别为电能计量模块、通信模块、MCU等模块提供稳定电源输出。 电压、电流信号通过预处理变为小信号后接到ADE7878的AD输入接口，在经过内部一系列运算之后将数据存入内部寄存器中，LPC2468通过串口（本设计采用SPI接口）读取指定数据，ADE7878与LPC2468之间的信号交换必须进行隔离，防止数字电路对模拟电路产生影响。 存储模块采用铁电存储器FRAM和FLASH存储器配合完成数据的存储，FRAM以其读写速度快、擦写次数多、超低功耗的特点存储一些更新速度较快的少量的数据，而FLASH以其存储容量大的特点存储一些诸如月冻结的大量的数据。 相关规约规定“电能表至少应具有1个红外通信接口、1个RS485通信接口及1个GPRS无线通信接口”。本设计红外通信模块为调制型红外光口，由红外发射管TSAL6200和红外接收管TSOP1838组成，载波频率为38kHz，载波由PWM0.4产生，串口使用UART3口。RS485通信模块与LPC2468之间使用光耦隔离，串口使用UART2口，备用通道使用UART3口。GPRS通信模块以深圳有方科技M590模块为核心，串口使用UART1口。另外还有232通信接口，使用UART0口。 电能计量系统需要有一个精准的时钟，用以保证准时记录相应电能数据，LPC2468内部RTC模块的精度较低，所以采取外接DS3231实时时钟芯片的设计，-40℃~+85℃范围内时钟精度为±3.5ppm。模块使用环保锂电池作为时钟备用电源电压在状态下，能通过按键或非接触方式唤醒电能表抄读数据 图实现无间断自动转换100V～240V交、直流自适应交、直流自适应 图3-2 电源输入结构图 （2）电源输出 规范要求测量与数据处理单元、通信单元使用的电源互相隔离。同时数字部分与模拟部分的电源也必须互相隔离。因此，需要通过DC-DC模块电源来实现电源的相互隔离。 图3-3 电源输出结构图 电能参数采集模块 作为电能参数采集模块的核心，ADE7878能够高效的采集电压、电流信号，同时进行快速运算，最终将结果存取相应寄存器中，CPU可通过串口很方便的读取这些电能参数数据。ADE7878内部对输入信号的计算步骤如下： 首先，输入的电压、电流信号ADC转换为数字信号经过相位校正和滤波后，方均根值计算功率计算。ADE7878是一款高精度电能测量IC，电压电流通道均为24位Σ-Δ型ADC，提供SPI、I2C种串行接口和，基波有功无功功率，总（基波+谐波）有功无功功率，视在电能，基波有功无功电能。 ADE7878适合测量下的有功无功和视在电能，支持微分式电流互感器（CT），支持所有通道的波形