基于數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C5409的射頻IC卡智能電表的設(shè)計(jì)方案
1.引言
目前,供電部門(mén)電費(fèi)的征收仍然采用人工上門(mén)抄表收費(fèi)的傳統(tǒng)方式,已不能適應(yīng)現(xiàn)代生活。原來(lái)的感應(yīng)式電能表具有準(zhǔn)確度低、適用頻率范圍窄、功能單一等缺點(diǎn)。因此新型電能表的研制也日益成為電力行業(yè)的迫切需求。我們研制了預(yù)付費(fèi)的射頻IC卡智能電表。這種電表采用美國(guó)德州儀器公司(TI公司)的TMS320C5409定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理芯片,具有自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)供電斷電、自動(dòng)保存數(shù)據(jù)、自動(dòng)報(bào)警、使用壽命長(zhǎng),實(shí)現(xiàn)電費(fèi)的預(yù)付和分時(shí)段計(jì)費(fèi)等特點(diǎn),從而提高了電網(wǎng)效能,實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)的合理付費(fèi)。
2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
圖1是系統(tǒng)的硬件原理框圖,主要包括TMS320C5409定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理芯片、射頻IC卡讀寫(xiě)電路、電脈沖檢測(cè)電路、內(nèi)存擴(kuò)展模塊、LCD顯示模塊、電源電路等。
2.1 TMS320C5409定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器
電表需要對(duì)輸入的電能信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣處理,并且由于解碼算法有較高的復(fù)雜性,就要求CPU應(yīng)該具有高速的數(shù)字信號(hào)處理能力。根據(jù)這樣的要求,采用了TI公司的TMS320C5409定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理芯片。該芯片采用先進(jìn)的超級(jí)哈佛結(jié)構(gòu),多組總線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)并行處理機(jī)制,有獨(dú)立的累加器、乘法器和比例移位器實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算,它還具有高效的片上外設(shè),有一個(gè)可以用來(lái)與同一個(gè)系統(tǒng)中的其他芯片進(jìn)行直接連接的高效全雙工的MCBSP;一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)處理器之間通信的增強(qiáng)型的8位的HPI(主機(jī)接口);一個(gè)硬件16位定時(shí)器;6個(gè)獨(dú)立的可編程DMA(直接存儲(chǔ)器訪問(wèn))通道,可以在不影響CPU運(yùn)算的情況下,在內(nèi)部存儲(chǔ)器、片上外設(shè)、外部存儲(chǔ)器之間傳遞數(shù)據(jù)。最有實(shí)際意義的是,他的性能價(jià)格比已下降到普通單片機(jī)的價(jià)格水平。
2.2 射頻IC卡讀寫(xiě)電路
射頻IC卡系統(tǒng)由讀寫(xiě)器和射頻IC卡兩部分組成。應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)讀寫(xiě)器對(duì)卡進(jìn)行操作;讀卡器通過(guò)射頻信號(hào)同步進(jìn)行近距離通訊,并為卡上芯片提供能量;射頻IC卡響應(yīng)讀寫(xiě)器的指令,并報(bào)告處理的結(jié)果。
射頻IC卡采用了ZLG500A芯片,讀/寫(xiě)基站芯片選用Atmel公司的U2270B芯片,它們可以在5cm距離內(nèi)通過(guò)頻率為125Hz的載波通信,如圖2所示。
讀/寫(xiě)基站將數(shù)據(jù)寫(xiě)入片內(nèi)EEPROM中。片內(nèi)EEPROM中用來(lái)存儲(chǔ)用戶(hù)1D號(hào)、IC 卡類(lèi)型、IC 卡狀態(tài)、電表號(hào)、密碼、累積電量、剩余電量(金額)和當(dāng)前時(shí)間等。
讀IC卡時(shí),ZLG500A發(fā)送數(shù)據(jù)給MCU。MCU通過(guò)多次讀取比較來(lái)保證數(shù)據(jù)的正確性。
寫(xiě)IC卡時(shí),MCU發(fā)送數(shù)據(jù)給ZLG500A,可以通過(guò)設(shè)置數(shù)據(jù)校驗(yàn)的方法來(lái)保證數(shù)據(jù)可靠性。
2.3 電脈沖檢測(cè)電路
使用集成電路CS5460將電阻分流器和電阻分壓器變換得到的交流電壓信號(hào)和電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率正比于用電功率的能量脈沖。電壓模擬信號(hào)由Vin+,Vin-輸入后由△∑模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)高速濾波器及高通濾波器后送人功率計(jì)算器。電流模擬信號(hào)由Vin+,Vin-輸人后由另一路△∑模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)高速濾波器及高通濾波器后也送人功率計(jì)算器。功率計(jì)算器將兩路信號(hào)進(jìn)行處理運(yùn)算后輸出測(cè)量到的電壓、電流、功率等。所有這些數(shù)據(jù)由串行SPI接口和MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
2.4 LCD顯示電路
顯示電路采用LCM1602構(gòu)成,顯示用戶(hù)的用電量和剩余電費(fèi),當(dāng)輪流顯示鍵沒(méi)有按下時(shí),顯示器一直實(shí)時(shí)顯示用戶(hù)的總用電量和所剩余的電費(fèi),當(dāng)輪流顯示鍵按下時(shí),顯示器將顯示用戶(hù)分時(shí)段的用電量,過(guò)后又恢復(fù)顯示總用電量和剩余電費(fèi)。
評(píng)論