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基于射频识别技术的智能电能表的设计

导读: 射频识别技术是一种非接触式自动识别技术,是通过射频信号来白动识别门标对象并获取相关数据。基本的RFID系统是由电子标答(射频卡)、阅读器及应用支撑软硬件二部分组成。

  0 引言

  感应式电能表以及普通电子式电能表存在诸多缺陷,如功能单一、防窃电效果差、抄表方式落后、IC卡易损坏污染等、为了适应电能表智能化的趋势。将射频识别(RFID)技术应用到电量信息的传输、更好地体现RFID免接触、无源、信息安全等优势。射频识别技术是一种非接触式自动识别技术,是通过射频信号来白动识别门标对象并获取相关数据。基本的RFID系统是由电子标答(射频卡)、阅读器及应用支撑软硬件二部分组成。RFTD标签由芯片和天线组成,何个标签都具有唯一的电子编码。根据发送射频信号的方式不同。标签又分为主动式和被动式两种口主动式标签由内置电池供电主动向读写器发送射频信号。被动式标签在接收到阅读器发出的电磁波信号后,将部分电磁能量转化为供自己工作的能量从而做出响应。阅读器负责向标签发射读取信号并接受标签的应答,刘标签的对象标识信息进行解码,将对象标识信息连带标签上其它相关信息传输到主机以供处理。RFID应用支撑软硬件主要负贵实现与企业=或组织应用相关的功能。

  1 工作原理

  电能计星芯片根据电压、电流输人信号生产电能量脉冲信号和电流方向信号送给MCU进行处理。MCU对电量脉冲进行累计。计算出电量并存贮,同时根据当前费率对剩余电兰进行减法处理,并判断是否告警或断电。MCU不断读时钟,并决定当前运行的费率。MCU还监测RS485总线和红外通讯信号,接收或响应命令,进行串行通讯。另外,电表还监测继电器状态和电池电压、功率等参数,对非nI:常状态告警和记录。

  基于RFID的一单相电子式电能表的硬件电路包括电能计量单元、射频接口单兀、通信单兀、存储单元、时钟单元、显示单元、键盘处理单元、负荷控制单元、MCU监拧单元和直流电源单元等部分。智能电能表原理框图如图1所示。

  微控制器采用TI公司的超低功耗单片机MSP430F427,它具有16kB FLASH和1kB RAM,自带有128段LCD驱动器。计量部分用ADI公司的专用电能计量渗片ADE7755 。射频读写接口芯片选用PHILIPS公司读写器专用芯片MF RC500,射频卡选用低成本无源型Mafare MF1卡。存储部分采用E-PROM存储器AT24LC16,实时时钟采用MAXIM公司的带温度自动补偿的DS3231。锂电池用于保证在电网断电时电能表的n1常运行。掉电监测单兀采用MAX705实时监控线性电源网络的工作情况。负荷控制部分采用上海贝斯特公司的BST-902-(50)A型磁保持继电器控制负载的通断。电能表与卜位机的信息交互采用近红外光电通信和远程HS485总线方式。电能表采用按键实现关键信息的杳询。

基于射频识别技术的智能电能表的设计

图1 电能表原理框图

  2 硬件设计

  2.1 电能计量部分

  ADE7755 采用混合电路设计,模拟部分包括2个16 位Σ - Δ 模数转换器( ADC) 、1 个基准电路; 数字部分又称为数字信号处理模块,包括相位校正器、高通滤波器、乘法器、低通滤波器、数频转换器等。混合电路设计结合了模拟电路和数字电路的优势,高精度16 位Σ - ΔADC 保证了信号的线性度与准确度;而在数字域内进行相位校正、滤波、乘法运算、数频转换有利于提高运算结果的稳定性。因此,ADE7755芯片即使长期运行于极端恶劣的环境下,仍具有较高的稳定度和准确度,其准确度超过了IEC61036 标准提出的要求。

  ADE7755 的计量电路如图2 所示。电压通过电阻分压网络后连接到ADE7755 取样的电压计量通道,电流通过锰铜片后送入ADE7755 的电流计量通道,ADE7755 的线性度为1‰,保证了计量的准确性。CF 频率输出端经过外接滤波电路与MCU 的IO 口连接。ADE7755 设定了一个最小输出频率,当负载产生的输出频率低于这个规定的最小输出频率,F1、F2和CF 将不会输出任何脉冲,这个频率是满量程输出频率对应的F1-4的0.0014%。电能表的脉冲常数是1600imp/kWh,最大负载电流是40A,最合适的F1-4频率为13.6Hz,即S0=1,S1=1,SCF=0。

基于射频识别技术的智能电能表的设计

图2 电能计量电路

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