2024年9月17日发(作者:终娴雅)
维普资讯
基于MAX 690A芯片的集中式
智能电表抗-T-扰设计
The Anti-Jamming Design of the Centralized Intelligent Electric Meter
Based on MAX690A
徐州师范大学工学院电气系 (江苏徐州291011) 王晓燕 刘凤国 丁启胜
【摘 要】 对采用单片机自动测控技术的智能电表系统的软、硬件抗干扰设计作了全面
介绍,重点对 P监控集成芯片MAX69OA的应用与性能作了详细说明。
关键词:单片机,硬件抗干扰,软件抗干扰
[Abstract] It introduced the hardware& software anti—jamming design of centralized
intelligent electric meter,and put stress on the explication of application and performance
of integrated supervisory circuit MAX690A.
Keywords:chip microcomputer,hardware anti—jamming,software anti—jamming
由于集中式智能电表工作于居民住宅区内,很容
l 引 言
目前,我国绝大多数城乡居民用电抄表还采取人
易受到系统内、外部各种电气和电磁干扰,其中以供电
系统干扰为主。在家用电器中,许多为电感性负载,它
们的快速切换会对电网产生噪声干扰,进而可能导致
工方式,既消耗大量的人力、物力,且采集数据的时间
跨度大、准确度低。因此,国家有关部门规定以后将逐
步以计算机为基础的自动抄表系统取代传统的人工抄
表。但是这样一来,传统的机械电表在性能上就不能适
应要求。针对这一情况,我们采用单片机自动测控技
单片机数据混乱或死机,规律如下:
・
干扰脉冲幅度较小时,对单片机基本无影响;
・
干扰脉冲幅度较大时,使单片机复位;
干扰脉冲幅度较大,且在瞬间脉冲数目很多,可
・
术,设计了一种既能独立使用又能面向自动抄表系统
的集中式智能电表。本集中式智能电表将32户的电表
能导致单片机数据混乱或死机。
因为集中式智能电表是长期连续地挂网运行,因
此要求系统对运行过程中所出现的诸如数据混乱、死
集中于一体管理,可对各户的电量进行计量、巡回显
示、集中抄读。系统结构框图如图1所示。
RS一485
机等任何异常现象均能安全恢复,这就需要采取必要
且有效的软、硬件抗干扰措施。否则,系统性能的可靠
性与运行的安全性均会降低,导致用户和电业局产生
经济纠纷。作为一个单片机测试系统,其抗干扰设计主
LCD显示
电量信号采样1
模拟
开关
阵列
要分为硬件抗干扰设计和软件抗干扰设计两个方面。
单片机
l键盘
AT89C51
3抗干扰设计
3.1硬件抗干扰设计
电量信号采样32
dAX690A
监控电路
数据存储
系统在电信号采集和输出部分均采用光电耦合
器,光电耦合器的一次侧和二次侧是电绝缘的。因此对
地电位差干扰有很强的抑制能力,同时也具有很强的
图1
2系统抗干扰设计的必要性
抑制电磁干扰的能力。
在系统供电部分,电源在向系统提供电能的同时,
*
收稿日期:2002 O5—27
46・
・
维普资讯
王晓燕,等:基于MAX690A芯片的集中式智能电表抗干扰设计
也会把干扰噪声直接由供
Vout
VCC
平。
・
电端加在控制电路上,而单
片机的复位线、中断线等控
制线,最易受到这种外界噪
VBA (8脚):备用电源输入端.可接3.6V的锂
G\D
PFl
电池。
MAX690A在集中式智能电表系统中的应用电路
如图3所示。
眦 丽
图2
声的干扰,因此必须采取一
定措施加以抑制、消除,具
体方法为:电源部分由变
3.2软件抗干扰设计
本系统采取的软件抗干扰措施有:
・
压、整流、滤波、稳压四部分组成,且一次侧加Ⅱ型滤
波器,适当加大变压器容量,但这些措施只能使干扰脉
冲的数量和幅度有所减少,不能从根本上解决问题,因
对输入信号采用电平检测而非边沿检测.以减
少各种随机干扰脉冲的影响。
・
把重要的状态寄存单元备份,当系统状态受干
此必须使用单片机专用的电源监控电路。
本系统在硬件抗干扰方面采取的重要措施是选用
了单片机系统gP监控集成电路 MAX690A。
扰破坏后,能及时查询、备份寄存单元的信息.进行状
态纠正。
・
电量数据存放之前,对其进行校验,以保证数据
电量数据在6264和24I C65中都采取多址存
设置自检程序,在某些内存单元设置状态标志,
MAX69OA具有:复位(上电复位、掉电复位、崩溃复
位),后备电池切换,软件看门狗定时器(1.6s)和电源
监视(1.2 5V的电压比较器)以及后备电池切换等功
能。管脚排列如图2所示。
・
的正确性。
・
放,互为备份,以确保万无一失。
・
V。。 (1脚):给CMOS RAM供电,当V 高于
在开机运行后,对其进行监测.保证信息存储、传输、运
算的高可靠性。
・
复位门限电平(4.65V)时,Vou —V 当V 低于复位
门限电平时,Vo。 与V 和Vs r中的最大值保持一致。
・
插入空操作指令:在比较条件转移指令、绝对转
V (2脚):工作电压端,电压取值为:1.2~5. 移指令、中断、堆栈指令前,以及数据表格后.插入空指
令,提高系统的稳定性。
5V。
・
GND(3脚):接地端。
PFI(4脚):电源故障输入端。当此端电压输入
・
为避免程序运行失常,发生诸如程序“跑飞”、数
・
据区和工作寄存器中的数据遭到破坏等情况,利用了
MAX690A的计数器定时电路即看门狗电路来监视程
序的运行。只要程序运行得正常,单片机就会在小于
1.6s的时间段内,给MAX690A的WDI端送入脉冲
低于1.25V时,PFO将变为低电平。
・
PFO(5脚):电源故障输出端,低电平有效。可
作为CPU中断输入信号通知单片机,使系统在掉电
前,进行一些必要的处理,如保存重要数据等。
・
信号,从而MAX690A不会输出复位信号;而当程序
运行失常,因“跑飞”等原因单片机不能在1.6s内给
wDI端送入脉冲信号.MAX69OA将输出一个复位信
号,促使单片机系统复位。此外,为避免程序运行失常.
可在程序存储器的空白处,填满空操作指令和长转移
指令,来截获跑飞的程序,最后通过强制复位.使程序
返回到初始状态。
WDI(6脚):看门狗喂入端。当其保持高电平或
低电平的时间达到1.6 S时,内部看门狗定时器溢出,
并触发RESET信号输出。
・
RESET(7脚):复位端,低电平有效。当V 低
于4.65V或看门狗定时器溢出时,RESET变为低电
4结束语
对本集中式智能电表进行了
全面有效的系统软、硬件抗干扰设
计,特别是充分利用了MAX69OA
芯片的强大监控功能,实现了本系
统三状况(上电、掉电、崩溃)复位,
后备电池切换,软件看门狗定时和
图3
电源监视等功能,从而极大地提高
(下转第52页)
・
47・
维普资讯
INPUT ̄.-Sg)) Sc#!Sg& !Thg>.!mTl ̄Sc;
高于计数器使用时钟频率的两倍以上。时钟频率越高。
所带来的误差就越小。
与一般逻辑电路相比,GAL不仅保证 系统的正
确性,更提高了系统的保密性和可靠性。
参 考 文 献
1 费正生.六位半数字电压表的研究鉴定材料.哈尔滨:哈尔
V .D—INPUT&-.(ST& n1T1&!Tx&.Kx#Tx&(!INPUT ̄.!Sg
#INPUT ̄.-Sg))&!Sc#Sg& !Th&.!mTl ̄c;
V....I)一Sc&.!(Sg¥INPUT)8. mT1 ̄.INT1;
4结束语
通过示波器对GAL16V8芯片各管脚输出的波形
进行观察,得到正确的波形输出。把采用GAI 后测得
的数据与原有的逻辑电路测得的数据进行比较,证明
利用GAL所得的数据完全正确。因此,由GAI 设计
高准确度A/D转换器的硬件逻辑控制电路是可行的。
此外。由于GAI 只有一个时钟控制端,在信号进行动
滨理工大学仪表教研室
,
.
1999
2李 元
数字电路与逻辑设计.南京:南京大学出版社。1997
3何立民
单片机应用技术选编(3).北京:北京航空航天大学
.
出板社,1 995
4 曾繁泰.可编程逻辑器件应用导论.北京:清华大学出版社,
作时。为减少由于时钟引起的误差,使用的时钟频率要
选 = 毒盘 警矗盘茜 ^ 、|量 墨 誓 兰 蓝 ‰ R埴矗耋蠢蓝啬 蠢 蓝釜墨 墨县 毒譬 蠢 簋茜《
2001●
监 埴矗 = 蠢盘矗 矗譬茜蓝 蛙盎 监茜竖甚 兰蠢 监 兰R蓝矗 砖 譬矗兰
(上接第47页) 参 考 文 献
了系统的抗强干扰能力。确保了系统运行的安全性与
可靠性,为该智能电表实际的应用与推广提供了可靠
的技术保障。
1 朱大奇.单片微机抗干扰的软件WATCHDOG技术.电工
技术杂志,1998(3):3~4
2 何立民.单片机应用系统抗干扰技术.北京:北京航空航
天大学出版社.2001 ■
毫 R 盘茜 蠢垃 R盘矗蛙 监蠢墨蠢 釜 矗篷 岛 监蠢 薯 墨菇 矗 盏矗 毒譬毒量蠢蓝茜蛙蠢《茜监盎蛙 盎盘茸 监去 兰蠢 盘釜:生 迄茜 矗墨菇 蠢盏 盐 :盐矗 =0
(上接第49页)
部。在火灾报警时。火警探测器的报警信息中携有火警
地址编号和时间信息,而在自动故障报警时,报警信息
由故障地址编号和故障等级信息组成。控制器有两种
运行模式。模式一是双向运行,当它收到报警信息时立
4 结束语
本文介绍以Rabbit微处理器为核心的新型网络
消防报警控制系统的基本工作原理以及系统的软硬件
设计,该系统具有较强的网络通信能力。由于采用了高
即将该信息转发给PC机,模式二是单向运行。收到报
警信息后首先在控制器的数据库中保存该条信息,当
PC机来查询火警信息时才发送给PC机。PC机由后
性能的微处理器,系统具有高实时性及通信快速可靠
的特点。应用价值较高。
参 考 文 献
1 何立民.单片机应用系统设计.北京:北京航空航天大学出
版社.1 990 ■
台的基于Winsock的网络程序将火警信息发往外部
消防网络。
电的无线传输。
磷哆 唧 罔嗨
--|童擘 。ll謦善一
美国XtremeSpectrum日前宣布,将开始销售使
用超宽带无线技术UWB(Ultra Wideband)的芯片组。
该芯片组最大数据传输速度高达100Mbit/秒,与
此同时,耗电量仅200mW,尚不足5GHz频带无线
芯片组的名称为“Trinity”。包括遵循近距离无线
标准方式IEEE802.15.3的MAC控制芯片
“XSI141”、基带处理I SI“XSI122”、RF收发器I SI的
“XSIll2”以及接收电路的LNA“XSI102”。脉冲调制
方式使用双相相移键控。芯片组单价为19.95美元。
XSI102使用硅锗(SiGe)技术,其它3个芯片采用
的是0.18 m的CMOS技术。这些芯片组能够封装于
CompactFlash卡大小的体积中,同时还将提供有关封
装的参考设计。目前已经开始向部分用户提供工业样
品。计划于2003年上半年量产供货。
LA 芯片组的一半。在美国,虽然FCC(美国联邦通
信委员会)刚刚于2002年2月决定开放UWB,允许民
间使用,但仅仅几个月的时间,UWB芯片组就亮相
了。该产品主要用于摄像机及DVD单放机等数码家
・
52・
2024年9月17日发(作者:终娴雅)
维普资讯
基于MAX 690A芯片的集中式
智能电表抗-T-扰设计
The Anti-Jamming Design of the Centralized Intelligent Electric Meter
Based on MAX690A
徐州师范大学工学院电气系 (江苏徐州291011) 王晓燕 刘凤国 丁启胜
【摘 要】 对采用单片机自动测控技术的智能电表系统的软、硬件抗干扰设计作了全面
介绍,重点对 P监控集成芯片MAX69OA的应用与性能作了详细说明。
关键词:单片机,硬件抗干扰,软件抗干扰
[Abstract] It introduced the hardware& software anti—jamming design of centralized
intelligent electric meter,and put stress on the explication of application and performance
of integrated supervisory circuit MAX690A.
Keywords:chip microcomputer,hardware anti—jamming,software anti—jamming
由于集中式智能电表工作于居民住宅区内,很容
l 引 言
目前,我国绝大多数城乡居民用电抄表还采取人
易受到系统内、外部各种电气和电磁干扰,其中以供电
系统干扰为主。在家用电器中,许多为电感性负载,它
们的快速切换会对电网产生噪声干扰,进而可能导致
工方式,既消耗大量的人力、物力,且采集数据的时间
跨度大、准确度低。因此,国家有关部门规定以后将逐
步以计算机为基础的自动抄表系统取代传统的人工抄
表。但是这样一来,传统的机械电表在性能上就不能适
应要求。针对这一情况,我们采用单片机自动测控技
单片机数据混乱或死机,规律如下:
・
干扰脉冲幅度较小时,对单片机基本无影响;
・
干扰脉冲幅度较大时,使单片机复位;
干扰脉冲幅度较大,且在瞬间脉冲数目很多,可
・
术,设计了一种既能独立使用又能面向自动抄表系统
的集中式智能电表。本集中式智能电表将32户的电表
能导致单片机数据混乱或死机。
因为集中式智能电表是长期连续地挂网运行,因
此要求系统对运行过程中所出现的诸如数据混乱、死
集中于一体管理,可对各户的电量进行计量、巡回显
示、集中抄读。系统结构框图如图1所示。
RS一485
机等任何异常现象均能安全恢复,这就需要采取必要
且有效的软、硬件抗干扰措施。否则,系统性能的可靠
性与运行的安全性均会降低,导致用户和电业局产生
经济纠纷。作为一个单片机测试系统,其抗干扰设计主
LCD显示
电量信号采样1
模拟
开关
阵列
要分为硬件抗干扰设计和软件抗干扰设计两个方面。
单片机
l键盘
AT89C51
3抗干扰设计
3.1硬件抗干扰设计
电量信号采样32
dAX690A
监控电路
数据存储
系统在电信号采集和输出部分均采用光电耦合
器,光电耦合器的一次侧和二次侧是电绝缘的。因此对
地电位差干扰有很强的抑制能力,同时也具有很强的
图1
2系统抗干扰设计的必要性
抑制电磁干扰的能力。
在系统供电部分,电源在向系统提供电能的同时,
*
收稿日期:2002 O5—27
46・
・
维普资讯
王晓燕,等:基于MAX690A芯片的集中式智能电表抗干扰设计
也会把干扰噪声直接由供
Vout
VCC
平。
・
电端加在控制电路上,而单
片机的复位线、中断线等控
制线,最易受到这种外界噪
VBA (8脚):备用电源输入端.可接3.6V的锂
G\D
PFl
电池。
MAX690A在集中式智能电表系统中的应用电路
如图3所示。
眦 丽
图2
声的干扰,因此必须采取一
定措施加以抑制、消除,具
体方法为:电源部分由变
3.2软件抗干扰设计
本系统采取的软件抗干扰措施有:
・
压、整流、滤波、稳压四部分组成,且一次侧加Ⅱ型滤
波器,适当加大变压器容量,但这些措施只能使干扰脉
冲的数量和幅度有所减少,不能从根本上解决问题,因
对输入信号采用电平检测而非边沿检测.以减
少各种随机干扰脉冲的影响。
・
把重要的状态寄存单元备份,当系统状态受干
此必须使用单片机专用的电源监控电路。
本系统在硬件抗干扰方面采取的重要措施是选用
了单片机系统gP监控集成电路 MAX690A。
扰破坏后,能及时查询、备份寄存单元的信息.进行状
态纠正。
・
电量数据存放之前,对其进行校验,以保证数据
电量数据在6264和24I C65中都采取多址存
设置自检程序,在某些内存单元设置状态标志,
MAX69OA具有:复位(上电复位、掉电复位、崩溃复
位),后备电池切换,软件看门狗定时器(1.6s)和电源
监视(1.2 5V的电压比较器)以及后备电池切换等功
能。管脚排列如图2所示。
・
的正确性。
・
放,互为备份,以确保万无一失。
・
V。。 (1脚):给CMOS RAM供电,当V 高于
在开机运行后,对其进行监测.保证信息存储、传输、运
算的高可靠性。
・
复位门限电平(4.65V)时,Vou —V 当V 低于复位
门限电平时,Vo。 与V 和Vs r中的最大值保持一致。
・
插入空操作指令:在比较条件转移指令、绝对转
V (2脚):工作电压端,电压取值为:1.2~5. 移指令、中断、堆栈指令前,以及数据表格后.插入空指
令,提高系统的稳定性。
5V。
・
GND(3脚):接地端。
PFI(4脚):电源故障输入端。当此端电压输入
・
为避免程序运行失常,发生诸如程序“跑飞”、数
・
据区和工作寄存器中的数据遭到破坏等情况,利用了
MAX690A的计数器定时电路即看门狗电路来监视程
序的运行。只要程序运行得正常,单片机就会在小于
1.6s的时间段内,给MAX690A的WDI端送入脉冲
低于1.25V时,PFO将变为低电平。
・
PFO(5脚):电源故障输出端,低电平有效。可
作为CPU中断输入信号通知单片机,使系统在掉电
前,进行一些必要的处理,如保存重要数据等。
・
信号,从而MAX690A不会输出复位信号;而当程序
运行失常,因“跑飞”等原因单片机不能在1.6s内给
wDI端送入脉冲信号.MAX69OA将输出一个复位信
号,促使单片机系统复位。此外,为避免程序运行失常.
可在程序存储器的空白处,填满空操作指令和长转移
指令,来截获跑飞的程序,最后通过强制复位.使程序
返回到初始状态。
WDI(6脚):看门狗喂入端。当其保持高电平或
低电平的时间达到1.6 S时,内部看门狗定时器溢出,
并触发RESET信号输出。
・
RESET(7脚):复位端,低电平有效。当V 低
于4.65V或看门狗定时器溢出时,RESET变为低电
4结束语
对本集中式智能电表进行了
全面有效的系统软、硬件抗干扰设
计,特别是充分利用了MAX69OA
芯片的强大监控功能,实现了本系
统三状况(上电、掉电、崩溃)复位,
后备电池切换,软件看门狗定时和
图3
电源监视等功能,从而极大地提高
(下转第52页)
・
47・
维普资讯
INPUT ̄.-Sg)) Sc#!Sg& !Thg>.!mTl ̄Sc;
高于计数器使用时钟频率的两倍以上。时钟频率越高。
所带来的误差就越小。
与一般逻辑电路相比,GAL不仅保证 系统的正
确性,更提高了系统的保密性和可靠性。
参 考 文 献
1 费正生.六位半数字电压表的研究鉴定材料.哈尔滨:哈尔
V .D—INPUT&-.(ST& n1T1&!Tx&.Kx#Tx&(!INPUT ̄.!Sg
#INPUT ̄.-Sg))&!Sc#Sg& !Th&.!mTl ̄c;
V....I)一Sc&.!(Sg¥INPUT)8. mT1 ̄.INT1;
4结束语
通过示波器对GAL16V8芯片各管脚输出的波形
进行观察,得到正确的波形输出。把采用GAI 后测得
的数据与原有的逻辑电路测得的数据进行比较,证明
利用GAL所得的数据完全正确。因此,由GAI 设计
高准确度A/D转换器的硬件逻辑控制电路是可行的。
此外。由于GAI 只有一个时钟控制端,在信号进行动
滨理工大学仪表教研室
,
.
1999
2李 元
数字电路与逻辑设计.南京:南京大学出版社。1997
3何立民
单片机应用技术选编(3).北京:北京航空航天大学
.
出板社,1 995
4 曾繁泰.可编程逻辑器件应用导论.北京:清华大学出版社,
作时。为减少由于时钟引起的误差,使用的时钟频率要
选 = 毒盘 警矗盘茜 ^ 、|量 墨 誓 兰 蓝 ‰ R埴矗耋蠢蓝啬 蠢 蓝釜墨 墨县 毒譬 蠢 簋茜《
2001●
监 埴矗 = 蠢盘矗 矗譬茜蓝 蛙盎 监茜竖甚 兰蠢 监 兰R蓝矗 砖 譬矗兰
(上接第47页) 参 考 文 献
了系统的抗强干扰能力。确保了系统运行的安全性与
可靠性,为该智能电表实际的应用与推广提供了可靠
的技术保障。
1 朱大奇.单片微机抗干扰的软件WATCHDOG技术.电工
技术杂志,1998(3):3~4
2 何立民.单片机应用系统抗干扰技术.北京:北京航空航
天大学出版社.2001 ■
毫 R 盘茜 蠢垃 R盘矗蛙 监蠢墨蠢 釜 矗篷 岛 监蠢 薯 墨菇 矗 盏矗 毒譬毒量蠢蓝茜蛙蠢《茜监盎蛙 盎盘茸 监去 兰蠢 盘釜:生 迄茜 矗墨菇 蠢盏 盐 :盐矗 =0
(上接第49页)
部。在火灾报警时。火警探测器的报警信息中携有火警
地址编号和时间信息,而在自动故障报警时,报警信息
由故障地址编号和故障等级信息组成。控制器有两种
运行模式。模式一是双向运行,当它收到报警信息时立
4 结束语
本文介绍以Rabbit微处理器为核心的新型网络
消防报警控制系统的基本工作原理以及系统的软硬件
设计,该系统具有较强的网络通信能力。由于采用了高
即将该信息转发给PC机,模式二是单向运行。收到报
警信息后首先在控制器的数据库中保存该条信息,当
PC机来查询火警信息时才发送给PC机。PC机由后
性能的微处理器,系统具有高实时性及通信快速可靠
的特点。应用价值较高。
参 考 文 献
1 何立民.单片机应用系统设计.北京:北京航空航天大学出
版社.1 990 ■
台的基于Winsock的网络程序将火警信息发往外部
消防网络。
电的无线传输。
磷哆 唧 罔嗨
--|童擘 。ll謦善一
美国XtremeSpectrum日前宣布,将开始销售使
用超宽带无线技术UWB(Ultra Wideband)的芯片组。
该芯片组最大数据传输速度高达100Mbit/秒,与
此同时,耗电量仅200mW,尚不足5GHz频带无线
芯片组的名称为“Trinity”。包括遵循近距离无线
标准方式IEEE802.15.3的MAC控制芯片
“XSI141”、基带处理I SI“XSI122”、RF收发器I SI的
“XSIll2”以及接收电路的LNA“XSI102”。脉冲调制
方式使用双相相移键控。芯片组单价为19.95美元。
XSI102使用硅锗(SiGe)技术,其它3个芯片采用
的是0.18 m的CMOS技术。这些芯片组能够封装于
CompactFlash卡大小的体积中,同时还将提供有关封
装的参考设计。目前已经开始向部分用户提供工业样
品。计划于2003年上半年量产供货。
LA 芯片组的一半。在美国,虽然FCC(美国联邦通
信委员会)刚刚于2002年2月决定开放UWB,允许民
间使用,但仅仅几个月的时间,UWB芯片组就亮相
了。该产品主要用于摄像机及DVD单放机等数码家
・
52・