论MSP430单片机的集中式智能控电系统设计

【摘要】本文介绍了一种基于MSP430单片机的多功能单相电能表与计算机通过通信接口构成的集中式智能控电系统，给出了其系统硬件原理图，同时对系统的软件设计思想也作了介绍。本系统可以有效地解决集中供电场所用电管理难和安全隐患等急需解决的问题。

【关键词】用电安全；智能控电；MSP430单片机

作者简介：姚朝霞，男，28岁，湖南人，助教，杭州电子科技大学在职研究生，研究方向：嵌入式系统设计；化明松，男，30岁，江苏人，助教，杭州电子科技大学在职研究生，研究方向：现代传感器设计及应用；楼勇，男，26岁，实验师，杭州电子科技大学在职研究生，主要研究方向：嵌入式控制系统设计。

目前集中供电场所如高校发展十分迅速，用户对管理质量要求越来越来高，然而用电安全管理和智能化管理依旧是管理单位的薄弱环节。集中供电管理方式总体上经过了以下三个阶段：第一阶段是老式刀闸和断路开关阶段；第二阶段是老式电度表和IC卡电表阶段；第三阶段是配电柜和智能控电系统，智能控电系统是采用成熟的单片机作为控电系统终端和上位管理系统通过网络构成的智能型电能联网管理系统，实现科学地计量、计费和控制、管理，是目前集中供电管理发展的新趋势。这里给出了基于超低功耗MSP430FE425单片机的集中式供电智能控电系统的硬件实现方案和软件设计思想。

1硬件电路设计

1.1控电系统总体方案

每个用电单元由一个控电系统终端完成用电计量计费和管理，上位计算机将相关用电控制参数传送到控电系统终端，终端系统则根据管理中心人员设定的参数对用电情况进行实时监控，完成例如恶性负载判别和断电、恢复供电等多功能管理，并将数据通过串行总线传送到管理中心计算机。管理中心计算机完成各终端电量统计、报表生成和打印，还可以通过读卡器完成预交费等功能，从而构成整个供电场所柔性智能管理系统。智能控电系统总体方案如图1所示。

图1智能控电系统总体方案

1.2控电系统终端总体结构

由于终端系统功能较多，系统较复杂，本方案中采用TI公司高性能的MSP430FE425单片机作为控电系统终端主芯片有利于减少系统复杂度，提高可靠性。该单片机是MSP430系列的一新的品种，有如下特点：

（1）MSP430单片机采用16位RISC结构体系，125ns指令周期，处理速度快；

（2）超低功耗，在1MHz时钟和3v的条件下，其工作电流根据工作模式不同在0.1－400μA之间，其工作电压范围2.7v－3.6v。

（3）它具有16Kflash和512RAM大容量存储器，16个寄存器和常数发生器程序编制高效；

（4）片上外围模块丰富，具有FLL 时钟系统，有128段LCD驱动器，串行通信接口（USART），带3个捕获/比较寄存器的16位定时器，实时时钟，通用端口P1和P2具有中断功能。

（5）芯片最主要的特点是将电能计量模块ESP430-处理器直接嵌入到MSP430单片机内部，且提供内部模块的通信机制。

由于该芯片的丰富资源，使得该系统无需电量计量专用芯片等外部芯片,电表硬件部分大为简化，而且很方便实现计量和智能控制。控电系统终端总体结构如图2所示。

图2控电系统终端总体结构

本硬件电路包括按键接口电路，用于校表和一些参数设定；继电器控制模块实现对用户断电和供电；液晶显示屏模块用来显示各种用电信息和日期，可根据情况控制显示的内容；RS485通信接口用来与上位计算机进行通信，传送控电参数和用电参数等；电流电压采样电路实现电信号的等效变换，供单片机检测；电源模块主要是用于正常供电和备用电池之间的切换。

1.3电能计量模块ESP及计量原理

ESP430-处理器为一个独立的具有MCU特征的模块，具体硬件包括前置增益放大、16位AD转换器、内部参考发生器、寄存器和数字信号处理器DSP等，用于采样和电量计量，且可实现防窃电功能。该模块与MSP403CPU的数据交换是通过一个邮箱中断机制相互通信来完成的，ESP430将计量结果存入结果返回寄存器RETx，MSP430CPU则从RETx中获取数据进行相应的处理。

ESP模块硬件结构及测量原理图如图3所示。

电阻Rf后就可接入I1正负引脚，用作测量有功功率等参数，电流通道I2的设计可与电流通道I1电路相同，与通道I1配合用作窃电检测，电压通道V1采用多个电阻分压得到后可接入V1正负引脚。这三个通道电路形式决定了电路常数，分别为KI1、KI2和KV1，这三个常数是电表参数的修正系数，这里不做具体计算，在电表校准中可比较精确确定。测量时，先进行ESP模块初始化，然后启动测量进入测量状态，当一次测量完成后，ESP把各个测量的结果存入结果返回寄存器组，并通过邮箱向MSP430MCU发 论MSP430单片机的集中式智能控电系统设计 [将本文加入收藏夹]
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