单相能量计变得更简单更先进

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1、单相能量计变得更简单更先进

2、第1能量计正迅速发展，从机电式费拉里计数器发展为全面的电子表。电子表能够实现自动抄表(AMR)及许多其它功能，包括提高测量精度，并能测量以前无法测量的功率因数等参数。此外，它的通信潜力几乎无限，这就使公共设施服务供应商实现多费率账单编制、智能卡预支付、远程数据管理以及其它尚待设想的功能成为可能。第一代电子电表包括多个集成电路，如专用的定制模拟前端、用于处理的定制ASIC、基本的微控制器、某些非易失存储器、专用的实时时钟芯片以及专用的显示驱动器。但这些定制与分开的系统相当昂贵，而且定制器件风险也总是很大。

3、新一代电子表将建立在专用标准产品(ASSP)上，其集成了仪表的大多数或所有功能块，成本更低，性能更强，而且由于简单还可加快产品上市进程。德州仪器(TI)MSP430FE42x系列的单相电子电表超低功率测量微控制器就是其中的一个实例。MSP430FE42x器件在单芯片上集成了仪表的所有功能。使用上述器件可将电表芯片数量从五个减至一个。这样的集成度使得系统设计人员能够致力于产品功能的开发，努力使产品独树一帜，而不必为基本的电子测量功能操心。完整的封装MSP430FE42x集成了一个16位基于闪存的MCU以及用于显示与AMR通信的附加外

4、设。为了优化能量处理，MSP430FE42x提供的计量功能是专用的嵌入式信号处理器(ESP)，称作ESP430CE1。ESP430CE1自动进行传送进来模拟信号的增强、采样与转换，并计算瞬时与平均功率以及其它数个参数，如功率因数、表观功率、无功功率等。这就解放了主中央处理器(CPU)及其集成闪存（高达32kB）和1kBRAM，可用于实现独特的应用功能。MSP430FE42x结构图见图2。500)this.style.ouseg(this)">CPU可提供每秒800万指令(MIPs)的性能，即使对最复杂的AMR与通信功能而言也足够了

5、。此外，集成闪存可自编程，因此系统可不再需要外部非易失存储器（通常用于校准数据与单位确认）。校准数据、串行数字乃至能量消耗数据都直接存储于集成闪存中。设计人员还可获得额外的集成外设，例如两个16位计时器、P输出功能、一个用于串行通信的USART，一个用于自动防护运行的看门狗定时器，一个高度灵活的带有晶体故障检测的计时系统、一个128段LCD控制器、一个集成电源电压监控器，以及专利的超低功率电力减弱检测器（所需的电流消耗小于50纳安）。无需外部器件，这样的外设组合即可在片上实施红外线或射频等各种先进的通信功能。嵌入式信号处理器MSP

6、430FE42x有一个嵌入式信号处理器ESP430CE1，它执行所有测量与计算功能，是一个专门为电子计量应用而设计的固定功能外设。它包括三个完全独立、完全差动、同时采样的二级16位Σ-ΔADC。每个ADC都有其各自的可编程增益放大器(PGA)，采样速率达到1Mhz。各用一个通道进行电压测量与电流测量，并用第三个通道进行火线与零线(line-to-Neutral)测量，这样就能在三线系统中进行篡改检测（图3）。ADC还用一个集成的1.25V参考电压进行转换，或者也会用外部的1.25V参考电压。500)this.style.ouseg

7、(this)">在被转换的电压与电流信号进行数字处理时，将返回峰值电压与电流、能量与线路周期(lineperiod)测量结果以及逆向电力传输显示(negativepoouseg(this)">CT实现了电绝缘，并为主电流提供了精确的电压信号。在选择CT时，必须考虑到直流(DC)容差，以避免CT饱和。MSP430FE42x将自动校正CT产生的相移。CT的正确选择取决于电压信号的变化范围，其必须满足各个器件精度等级的业界标准所规定的要求。在亚洲，标准由IEC1036规定。每个PGA都有1至32的可选增益，这就能够使用低至250uOhm

8、-300uOhm的分流电阻。每个PGA-ADC通道的内部偏移在模块处初始化时通过进行输入短路并测量可自动去除。精度16位Σ-ΔADC对测量而言具有较大的动态输入范围。这对正确测量相当重要，因为电流消耗既可能小到几个毫安，又可能大至数十安培。在1000至1的动态电流范围内，基于MSP430FE42x电表的测量性能精度高达0.1%，大大超过了通常电表所要求的2%的精度。此外，ADC的转换速率达每秒4096次，即使在快速交换瞬态负载下可测量到50或60Hz主频率的第20次谐波，这符合IEC1036标准。篡改检测如果ESP430CE1配置

9、为仅检测能量的模式，则一个ADC通道测量单电流传感器，另一个ADC通道测量电压。第三个ADC通道用于片上温度测量。在这种模式下，只有在干线电压断开或者电压或电流连接反极性时才能进行篡改检测。但是，ESP430CE1带有能量检测加篡改检测模式，使用两