仪器仪表应用：基于MSP430单片机的多功能复费率三相电能表

时间：2023-12-01 21:53:01     来源： wwwkaiyun.com

                                                                                            

  为了满足在不同的时段精确计算需量和费率的要求，复费率电表中需要具有精准可靠的实时时钟。但MSP430F449内部RTC时钟不够精确，因此在系统中我们采用了MAXIM公司的时钟芯片DS3231。DS3231是低成本、高精度I2C实时时钟，具有温度补偿晶体振荡器和晶体。该芯片中包含电池输入端，断开主电源时仍可保持精确的计时。集成晶体振荡器提高了芯片的长期精确度，并减少了生产线的元件数量。在工业温度范围内其精度可达到±3.5ppm。

  DS3231 的INT端口向单片机能够给大家提供周期为1s的中断信号，单片机系统将根据该信号通过I2C通讯接口读取具体的时间日期数据，从而实时地计算出需量和各个时段的费率。另外，DS3231的32KHZ端口能够给大家提供精确的32KHZ的脉冲信号，可拿来接受电力部门的相关实验测试。当停电时，时钟电路的备用电池将保证时钟芯片能够继续精确计时直至供电恢复。

  本设计中主要是采用了三种通讯方式来实现抄表功能，分别是：RS-485,红外传输和GPRS方式。

  考虑到电能表会安装在户外，因此就需要在RS-485总线接口上加上避雷的保护的方法。我们采用的RS-485接口芯片是TI公司的SN65LBC184芯片，通过光耦NEC2501和单片机系统来进行隔离，从而防止遭遇雷击时，对总系统造成破坏。

  红外通信时如果直接将数据通过红外发射管进行传输时，将会严重受到外界环境的干扰，常见的抗干扰方法是将需要传输的数据调制到30KHz～40KHz的载波上再进行发送。MSP430F449单片机的管脚P1.5/ACLK可作为系统的低频辅助时钟输出口，可通过通用的32.768KHz时钟晶振直接驱动，无须采用额外的外部元件。利用P1.5驱动三极管产生频率为32.768KHz的载波。通过单片机的UART口的TXD脚驱动另一个串联的三极管进行二进制数据信号“0”和“1”的传输，进而达到红外数据发送的功能。在红外接收部分，利用红外一体化接收模块TSOP1838解调高频红外信号。当 TSOP1838接收到高频红外信号时，接收管输出低电平;当TSOP1838没有接收到高频信号时，接收管将输出高电平。经接收管红外解调后的数据通过 UART口的RXD管脚输入单片机进行一定的处理。

  另外一种抄表方式是通过GPRS模块远程抄表。本设计中采用的GPRS模块为SonyEricsson公司的GR47模块。GR47是带有GSM/GPRS全套语音和数据功能的先进无线模块，具有体积小，功能全面的特点。它内嵌TCP/IP协议栈，从而能够最大限度的缩短GPRS产品的研发周期。GR47提供了3个UART端口用来和MCU进行通讯，因此能通过MSP430F449的另一个UART端口对GR47模块来控制，其控制命令为标准的AT指令。通过GPRS抄表可以方便地获得各个电能表中的数据，同时也可以对电能表进行广播校时。需要指出的是，GR47的峰值耗电电流为2A，所以要在GR47的供电端加上1000uF左右的电解电容，电源芯片也应满足相应的要求，在本设计中采用了LM1084稳压芯片，它能够给大家提供高达5A的输出电流。

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