MSP430单片机的多功能复费率三相电能表

。利用P1.5驱动三极管产生频率为32.768KHz的载波。通过单片机的UART口的TXD脚驱动另一个串联的三极管进行二进制数据信号"0"和"1"的传输，从而达到红外数据发送的功能。在红外接收部分，利用红外一体化接收模块TSOP1838解调高频红外信号。当TSOP1838接收到高频红外信号时，接收管输出低电平；当TSOP1838没有接收到高频信号时，接收管将输出高电平。经接收管红外解调后的数据通过UART口的RXD管脚输入单片机进行相应的处理。

另外一种抄表方式是通过GPRS模块远程抄表。本设计中采用的GPRS模块为SonyEricsson公司的GR47模块。GR47是带有GSM/GPRS全套语音和数据功能的先进无线模块，具有体积小，功能全面的特点。它内嵌TCP/IP协议栈，从而可以最大程度的缩短GPRS产品的研发周期。GR47提供了3个UART端口用来和MCU进行通讯，因此可以通过MSP430F449的另一个UART端口对GR47模块进行控制，其控制命令为标准的AT指令。通过GPRS抄表可以方便地获得各个电能表中的数据，同时也可以对电能表进行广播校时。需要指出的是，GR47的峰值耗电电流为2A，所以需要在GR47的供电端加上1000uF左右的电解电容，电源芯片也应满足相应的要求，在本设计中采用了LM1084稳压芯片，它可以提供高达5A的输出电流。

3.5 停电抄表电路设计

本系统中的电源模块为开关电源，因此当一相或者两相交流电断相时，开关电源仍能向系统供电。但如果三相交流电全部断相时，系统的供电将会中断，因此需要考虑在停电后仍能抄表，同时要能对停电发生的时间进行记录。为了保证停电时，系统的核心部分仍能正常运行，我们采用了3.6V锂电池配合低功耗稳压芯片RH5RL30AA作为系统的后备电源，此外，在停电时单片机处于休眠状态，其他芯片的电源都通过三极管关断以降低功耗，经过测试，整个系统在休眠状态耗电电流小于10uA。当需要停电抄表时，系统可以通过按键中断唤醒，数据将会显示在液晶上以供抄表。

停电时是用电池作为电源，而正常供电时是使用开关电源作为电源。如何在电池供电和开关电源供电两者之间切换，这是一个需要考虑的问题，下面给出一个简单的方法来解决这一问题。开关电源供电电路经过稳压芯片稳压到3.3V左右，而电池供电电路经过稳压芯片稳压到3V左右，在两个电路的输出端都加上肖特基二极管5819，这样在正常供电时，由于开关电源供电电路的输出比电池供电电路高0.3V，电池供电电路由于5819的反向不可导通将被切断供电；而在停电时，开关电源供电电路输出为0，电池供电电路在5819正向导通后将向系统供电。电源切换电路如下图所示：

在正常供电时，锂电池的电压可以由MSP430F449内部的12位A/D采样获得，这样当电池电压低于3.3V时，可以通过电池充电电路对其充电，直到电池电压上升到达到锂电池充电限制电压4.2V时再停止充电。电池充电电路可以通过单片机IO口控制三极管开断稳压芯片输出来实现。

4 系统软件设计

下面介绍系统功能的软件实现：

1）初始化：对LCD、存储器进行自检，并对数据进行初始化，若系统为第一次上电，所有数据都将初始化为0，否则将从存储器读取相应值对数据进行初始化。

2）时间模块：根据DS3231提供的时间脉冲进行时间计量，为系统数据处理模块提供时间度量并且为用户提供当前时间显示。

3）数据处理模块：本模块为软件设计的核心，主要作用是将计量芯片提供的有功无功电能、三相电压电流值、频率和功率因素等数据进行处理，结合当前时段和费率，得到用户的各费率各时段实际用电量以及最大需量等，并在某一指定时刻（可设置）将数据保存到存储器中。本电表可以保存多月数据，并能够通过RS485、红外接口和GPRS模块向抄表系统提供任意当前或已保存数据。本模块还具有记录断相时间、断流时间等功能。

4）校表模块：为了匹配各种不同的外设，ATT7022提供了校表功能。本模块用于对ATT7022内部各校表寄存器进行设置使其与外设匹配以增加测量精确度。

5）显示模块：通过LCD显示时间、四象限有功无功电能、三相电压电流值、频率、功率因素、各时段各费率用电量以及最大需量等。并可通过按钮对显示界面进行操作。

6）停电处理模块：停电时系统不访问数据处理模块，整个系统将进入休眠状态，从而使系统处于超低功耗模式，通过按键中断可以将系统唤醒。

7） 通讯模块：通讯模块分为红外、RS485和GPRS通讯。

8）中断处理模块：系统主要有三个中断处理模块，分别为定时、通讯和停电中断。

5 结束语

基于MSP430F449单片机的多功能复费率三相电能表集成了多种功能，在电能计量芯片ATT7022和时钟芯片DS3231的配合下对于电能