TMS320F2812DSP智能电表设计成果

基于TMS320F2812 DSP的智能电表设计

武汉东湖学院机电工程学院　谢兴旺

传统的电表测量精度低，难以同时完成三相电压、电流和功率的测量，因此提出一种基于TMS320F2812 DSP和MAXQ3180的智能电表设计，它具有测量精度高、实时显示电费、电压、功耗低，还可以和因特网连接等特点。智能电表是智能电网的一部分，有利于阶梯电价的实施，有利于社会的节能减排。

一、引言

目前，智能电表在我国的开发应用落后于发达国家，但是随着国家大规模建设智能电网，智能电表将在电力系统、工业生产和居民生活之中得到广泛应用。本文提出一种采用DSP芯片和专用电能计量芯片的智能电表设计原理及其实现。这种智能电表的应用不仅有助于提升电力仪器仪表的智能化、网络化和微型化，而且有助于企事业单位和居民节能减排，在一定程度上可以缓解我国供电紧张的趋势。

二、智能电表的整体设计

本文所设计的智能电表以TMS320F2812 DSP芯片和MAXQ3180计量芯片为核心，由MAXQ3180实时读取相关的电力数据，并将这些数据传输至DSP芯片。DSP对这些电力数据进行分析计算，把计算后的结果通过以太网和因特网输送到供电部门的计算机处理中心，以便供电部门对用户实现远程网络化管理。智能电表的显示屏能够实时显示当月的用电量、累计用电量以及电压等用户所关心的数据。智能电表的整体设计框图如图1所示。

图1　智能电表系统整体结构框图

从智能电表系统的整体框图可见系统可以分为5个部分，即: 控制模块、输入模块、通信模块、显示模块和JPAG接口模块。

1.控制模块

系统以TMS320F2812 DSP芯片作为控制器，通过MAXQ3180计量芯片获取电力数据，采用相应的算法计算得到结果，将电压、用电量显示在显示屏上，同时将处理好的结果储存在IS61LV51216之中。电源监控、复位电路实时监控系统电源电压的波动情况，当出现电压异常情况时给DSP提供复位信号，确保系统可靠工作，以提高电表的抗干扰能力。

2.输入模块

该模块由电压/电流转换电路、MAXQ3180采样电路构成，采用电压互感器和电流互感器对负载的电压和电流进行采样，得到0～2v的直流信号，再分别送到MAXQ3180的电压电流输入通道。电压互感器和电流互感器对电压电流信号进行采样的优点是线性度好、精度高、动态范围宽，不仅如此，互感器还将电网与控制电路隔离开，提高电表的抗干扰能力。

3.通信模块

IS61LV51216存储器和快速以太网控制芯片共同作用以实现远程通信的功能。IS61LV51216芯片保存电表设定的参数和测量计算的中间结果，DSP芯片通过ISA接口与AX88796进行通信，经由网络隔离器接入工业以太网中，以太网与因特网相连接，因此DSP可以将数据和测量的中间结果传输到供电调度部门的计算机系统中。

4.电源模块

该模块采用TPS767D301电源芯片，为各个芯片提供1.8v，3.3v和5v的直流电压，以保证系统功能模块能够正常工作。(www.xing528.com)

5.液晶显示模块

该模块可以让用户及时了解自家的用电情况，如当月用电量、累计用电量和电费等信息。这有助于推行阶梯电价，让企事业单位和居民自觉节电。

6.JTAP接口模块

JTAP接口可将计算机上编译好的程序下载到DSP中，也可以通过JTAP接口查看DSP内部寄存器和REM的值。智能电表的设计之中具有JTAG接口模块，可以非常方便地对智能电表计量计费系统进行升级改造，如今年即将在全国范围实行的阶梯电价计费，以及未来进行的分时计费。不仅如此，利用该接口很容易对电表精度进行校正，以提高电费计量的精度。

三、电表系统的控制软件设计

智能电表系统的软件包括三部分：快速以太网驱动程序、UDP/IP、TCP/IP协议栈软件以及主控制软件。

快速以太网驱动程序能够屏蔽网络的物流细节，使得上层软件能够使用相同的数据结构作用于不同的物理网络。UDP/IP、TCP/IP协议栈软件包括地址解析协议ARP、用户数据报协议UDP、TCP传输控制协议等必须的协议，使得智能电表系统可以根据不同的需求，利用UDP/IP协议来发送实时数据，用TCP/IP协议发送非实时数据。

主控制程序采用基于嵌入式多任务操作系统μc/os-II，用ANSIC语言和汇编语言混合编程，以实现电表系统的电压监控。MAXQ3180数据读取、测量数据的分析和计算、电费的计算、液晶显示以及以太网的通讯等功能。

四、结论

本文以TMS320F2812 DSP芯片和MAXQ3180芯片为核心，再配合AX88796以太网控制芯片、液晶显示器与JTAP接口等辅助电路，设计出一款智能电表。由于采用了专用的电能计量芯片MAXQ3180，可以极大地简化电表系统的硬软件开发设计，利用TMS320F2812 DSP芯片强大的数据处理和通讯功能，通过以太网接入因特网之中，将分散的电表组成一个智能电表全自动计量计费系统，以节省大量的人力物力，提高供电部门的自动化水平。

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