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電能計量IC配合閃存單片機實現靈活創新的電表設計

作者: 時間:2013-02-20 來源:網絡 收藏

  軟件中的設計對話框允許用戶輸入具體的參數。對于任意給定的生產批次,可以在生產時進行自定義,為RMS或有功功率計算增大ADC量程。其他電表常量(例如空載閾值限制)也可以在生產電表時通過軟件/閃存接口簡便地更改。


  USB電表數據讀取/校準

  對于高級電表設計,電表所需的校正因數不僅在生產時在電表外部計算,而且還通過軟件和校準設備在校準期間進行計算。通過USB與電表校準軟件進行通信更符合實際需求,因為現在的許多PC已經沒有曾經普遍使用的RS-232串行端口。RS-232僅支持每次與連接到總線上的一個設備進行通信。進行電表校準時,通常要控制10至50個電表的校準電壓和電流。使用RS-232時,通過單個控制校準的PC無法與多個電表進行通信。

  電表的USB監視與校準軟件具有一些優于傳統串行與并行軟件解決方案的優點。這些優點包括:連接能力提高、通信帶寬更寬,以及可為多個電表供電。此外,使用USB還可以快速地從多個電表收集數據。

  圖4顯示的是利用Microchip公司免費的USB電表軟件通過前面介紹的閃存PIC18F和MCP3909示例進行電表校準和數據讀取。對于兩種方案,軟件的接口均支持RS-232/485和USB。

圖4 MCP3909三相電表校準軟件

  該開源USB軟件具有多項優勢功能,包括能夠存儲和讀取電表校準狀態。閃存MCU中包含一些校準狀態寄存器,軟件使用這些寄存器來標記一些特定功率量是否已校準。相校準狀態使用$圖標標記,如圖4所示。這種校準方式只能用于基于閃存的電表計算引擎,不能由基于ROM的電表IC執行。此外,系統還會跟蹤哪相被選擇為標準相,用于在校準期間進行相間增益匹配。

  為了幫助防止電表篡改行為,采用該方案時需要考慮的一個重要方面就是代碼安全性和加密。除了防止篡改外,可能還需要保護電表設計的知識產權(IP)。針對特定客戶需求進行修改之后,如果電表計算引擎中包含電表制造商希望針對最終客戶保護的IP,有一些選項可用于實現代碼安全性。

  有一種安全性級別可以對存儲器算法進行鎖定,禁止通過串行端口讀取一些存儲區的內容。對MCU存儲器的一些區域設置讀寫鎖定,可以防止其他代碼部分(例如RS-485或USB部分)訪問受保護的區域,例如保存校準和校正因數的那些區域。此外,還提供了標準的加密算法,例如高級加密標準(AES)和微型加密算法2(XTEA)。

  安全的協作式公用儀表設計

  保護協作式公用事業計量系統設計中的知識產權也是一個常見的挑戰,因為對電表計算引擎進行自定義會在設計中產生額外的IP。在公用儀表中,計量器設計事務所、軟件IP供應商、傳感器模塊和OEM可能各自具有自己的IP,而最終的計量器中可能包含二至三種嵌入式MCU,每種具有不同的計量功能和特定于不同公司的IP。使用多種具有不同IP的器件會增加最終客戶和公用事業公司的成本。

  可以將多個IP區域整合到單個器件中,同時對各個代碼區域進行獨立保護,并將解決方案集成到單個16位MCU或數字信號控制器(DSC)中。這種在單個器件上整合IP的協作式方案可以保護各方的IP,并且可以較低的成本提供最終的產品。

  電表設計的新選擇

  今天,可供選擇的閃存MCU和模擬產品非常廣泛,這為電表設計提供了許多令人激動的新途徑。近年來,出現了只有6個引腳的小尺寸閃存MCU,單價低于0.40美元,這為低成本的單相電表校準提供了新的可能性。此外,采用模塊化的AFE計算模塊,還可以簡便地開發更高端的16位和32位電表;這些模塊協同工作,實現簡化的校準技術和更快速的電表生產。采用△-∑ ADC技術的高精度、靈活的AFE,配合閃存MCU的智能,為創新性的單相和三相電表設計開辟了新的途徑。


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