STM32F103xx系列單片機(jī)介紹

STM32F103xx系列單片機(jī)介紹STM32F103xx增強(qiáng)型系列由意法半導(dǎo)體集團(tuán)設(shè)計(jì)，使用高性能的ARMCortex-M332位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72MHz，內(nèi)置高速存儲(chǔ)器(高達(dá)128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的SRAM)，豐富的增強(qiáng)I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)。所有型號(hào)的器件都包含2個(gè)12位的ADC、3個(gè)通用16位定時(shí)器和一個(gè)PWM定時(shí)器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口：多達(dá)2個(gè)I2C和SPI、3個(gè)USART、一個(gè)USB和一個(gè)CAN。1、結(jié)構(gòu)與功能■內(nèi)核：ARM32位的Cortex?-M3CPU?72MHz，1.25DMips/MHz〔Dhrystone2.1〕，0等待周期的存儲(chǔ)器?支持單周期乘法和硬件除法■存儲(chǔ)器?從32K字節(jié)至512K字節(jié)的閃存程序存儲(chǔ)器〔STM32F103xx中的第二個(gè)x表示FLASH容量，其中：“4〞=16K，“6〞=32K，“8〞=64K，B=128K，C=256K，D=384K，E=512K〕?從6K字節(jié)至64K字節(jié)的SRAM■時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理?2.0至3.6伏供電和I/O管腳?上電/斷電復(fù)位(POR/PDR)、可編程電壓監(jiān)測器(PVD)?內(nèi)嵌4至16MHz高速晶體振蕩器?內(nèi)嵌經(jīng)出廠調(diào)校的8MHz的RC振蕩器?內(nèi)嵌40kHz的RC振蕩器?PLL供給CPU時(shí)鐘?帶校準(zhǔn)功能的32kHzRTC振蕩器■低功耗?睡眠、停機(jī)和待機(jī)模式?VBAT為RTC和后備存放器供電■2個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，1us轉(zhuǎn)換時(shí)間(16通道)?轉(zhuǎn)換范圍：0至3.6V?雙采樣和保持功能?溫度傳感器■DMA?7通道DMA控制器?支持的外設(shè)：定時(shí)器、ADC、SPI、I2C和USART■多達(dá)80個(gè)快速I/O口?26/37/51/80個(gè)多功能雙向5V兼容的I/O口?所有I/O口可以映像到16個(gè)外部中斷■調(diào)試模式?串行線調(diào)試(SWD)和JTAG接口■多達(dá)7個(gè)定時(shí)器?多達(dá)3個(gè)16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有多達(dá)4個(gè)用于輸入捕獲/輸出比擬/PWM或脈沖計(jì)數(shù)的通道?16位6通道高級(jí)控制定時(shí)器?多達(dá)6路PWM輸出?死區(qū)控制、邊緣/中間對齊波形和緊急制動(dòng)?2個(gè)看門狗定時(shí)器(獨(dú)立的和窗口型的)?系統(tǒng)時(shí)間定時(shí)器：24位自減型■多達(dá)9個(gè)通信接口?多達(dá)2個(gè)I2C接口(SMBus/PMBus)?多達(dá)3個(gè)USART接口，支持ISO7816，LIN，IrDA接口和調(diào)制解調(diào)控制?多達(dá)2個(gè)SPI同步串行接口(18兆位/秒)?CAN接口(2.0B主動(dòng))?USB2.0全速接口■ECOPACK?封裝〔兼容RoHS〕2、特點(diǎn)概述ARM?的Cortex?-M3核心ARM的Cortex-M3處理器是最新一代的嵌入式ARM處理器，它為實(shí)現(xiàn)MCU的需要提供了低本錢的平臺(tái)、縮減的管腳數(shù)目、降低的系統(tǒng)功耗，同時(shí)提供卓越的計(jì)算性能和先進(jìn)的中斷系統(tǒng)響應(yīng)。ARM的Cortex-M3是32位的RISC處理器，提供額外的代碼效率，通常在8和16位系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間上得以表達(dá)ARM核心的高性能。STM32F103xx增強(qiáng)型系列擁有內(nèi)置的ARM核心，因此它與所有的ARM工具和軟件兼容。嵌入式Flash存儲(chǔ)器和RAM存儲(chǔ)器最新STM32F103xE型擁有高達(dá)512K字節(jié)的內(nèi)置閃存存儲(chǔ)器，用于存放程序和數(shù)據(jù)。多達(dá)64KB的嵌入式SRAM可以以CPU的時(shí)鐘速度進(jìn)行讀寫〔不待等待狀態(tài)〕。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器〔ADC〕STM32F103xx增強(qiáng)型產(chǎn)品內(nèi)嵌2個(gè)12位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，每個(gè)ADC有多達(dá)16個(gè)外部通道，可以實(shí)現(xiàn)單次或掃描轉(zhuǎn)換。在掃描模式下，轉(zhuǎn)換在選定的一組模擬輸入上自動(dòng)進(jìn)行。ADC接口上額外的邏輯功能允許：1、同時(shí)采樣和保持；2、交叉采樣和保持；3、單次采樣。模擬看門狗功能允許非常精準(zhǔn)地監(jiān)視一路、多路或所有選中的通道，當(dāng)被監(jiān)視的信號(hào)超出預(yù)置的閥值時(shí)，將產(chǎn)生中斷。由標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)器(TIMx)和高級(jí)控制定時(shí)器(TIM1)產(chǎn)生的事件，可以分別內(nèi)部級(jí)聯(lián)到ADC的開始觸發(fā)、外部觸發(fā)和DMA觸發(fā)，以使應(yīng)用程序能同步AD轉(zhuǎn)換和時(shí)鐘?？勺冹o態(tài)存儲(chǔ)器〔FSMC〕FSMC嵌入在STM32F103xC,STM32F103xD,STM32F103xE中，帶有4個(gè)片選，支持一下模式：Flash、RAM、PSRAM、NOR和NAND。3個(gè)FSMC中斷線經(jīng)過OR后連接到NVIC。沒有讀/寫FIFO，除PCCARD之外，代碼都是從外部存儲(chǔ)器執(zhí)行，不支持Boot，目標(biāo)頻率等于SYSCLK/2，所以當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘是72MHz時(shí)，外部訪問按照36MHz進(jìn)行。嵌套矢量中斷控制器〔NVIC〕可以處理43個(gè)可屏蔽中斷通道〔不包括Cortex-M3的16根中斷線〕，提供16個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。緊密耦合的NVIC實(shí)現(xiàn)了更低的中斷處理延遲，直接向內(nèi)核傳遞中斷入口向量表地址，緊密耦合的NVIC內(nèi)核接口，允許中斷提前處理，對后到的更高優(yōu)先級(jí)的中斷進(jìn)行處理，支持尾鏈，自動(dòng)保存處理器狀態(tài)，中斷入口在中斷退出時(shí)自動(dòng)恢復(fù)，不需要指令干預(yù)。外部中斷/事件控制器〔EXTI〕外部中斷/事件控制器由用于19條產(chǎn)生中斷/事件請求的邊沿探測器線組成。每條線可以被單獨(dú)配置用于選擇觸發(fā)事件〔上升沿，下降沿，或者兩者都可以〕，也可以被單獨(dú)屏蔽。有一個(gè)掛起存放器來維護(hù)中斷請求的狀態(tài)。當(dāng)外部線上出現(xiàn)長度超過內(nèi)部APB2時(shí)鐘周期的脈沖時(shí)，EXTI能夠探測到。多達(dá)112個(gè)GPIO連接到16個(gè)外部中斷線。時(shí)鐘和啟動(dòng)在啟動(dòng)的時(shí)候還是要進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)鐘選擇，但復(fù)位的時(shí)候內(nèi)部8MHz的晶振被選用作CPU時(shí)鐘?？梢赃x擇一個(gè)外部的4-16MHz的時(shí)鐘，并且會(huì)被監(jiān)視來判定是否成功。在這期間，控制器被禁止并且軟件中斷管理也隨后被禁止。同時(shí)，如果有需要〔例如碰到一個(gè)間接使用的晶振失敗〕，PLL時(shí)鐘的中斷管理完全可用。多個(gè)預(yù)比擬器可以用于配置AHB頻率，包括高速APB(PB2)和低速APB〔APB1〕，高速APB最高的頻率為72MHz，低速APB最高的頻率為36MHz。Boot模式在啟動(dòng)的時(shí)候，Boot引腳被用來在3種Boot選項(xiàng)種選擇一種：從用戶Flash導(dǎo)入，從系統(tǒng)存儲(chǔ)器導(dǎo)入，從SRAM導(dǎo)入。Boot導(dǎo)入程序位于系統(tǒng)存儲(chǔ)器，用于通過USART1重新對Flash存儲(chǔ)器編程。電源供電方案VDD，電壓范圍為，外部電源通過VDD引腳提供，用于I/O和內(nèi)部調(diào)壓器。VSSA和VDDA，電壓范圍為，外部模擬電壓輸入，用于ADC，復(fù)位模塊，RC和PLL，在VDD范圍之內(nèi)〔ADC被限制在2.4V〕，VSSA和VDDA必須相應(yīng)連接到VSS和VDD。VBAT，電壓范圍為，當(dāng)VDD無效時(shí)為RTC，外部32KHz晶振和備份存放器供電〔通過電源切換實(shí)現(xiàn)〕。電源管理設(shè)備有一個(gè)完整的上電復(fù)位〔POR〕和掉電復(fù)位〔PDR〕電路。這條電路一直有效，用于確保從2V啟動(dòng)或者掉到2V的時(shí)候進(jìn)行一些必要的操作。當(dāng)VDD低于一個(gè)特定的下限VPOR/PDR時(shí)，不需要外部復(fù)位電路，設(shè)備也可以保持在復(fù)位模式。設(shè)備特有一個(gè)嵌入的可編程電壓探測器〔PVD〕，PVD用于檢測VDD，并且和VPVD限值比擬，當(dāng)VDD低于VPVD或者VDD大于VPVD時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷。中斷效勞程序可以產(chǎn)生一個(gè)警告信息或者將MCU置為一個(gè)平安狀態(tài)。PVD由軟件使能。電壓調(diào)節(jié)調(diào)壓器有3種運(yùn)行模式：主〔MR〕，低功耗〔LPR〕和掉電。MR用在傳統(tǒng)意義上的調(diào)節(jié)模式〔運(yùn)行模式〕，LPR用在停止模式，掉電用在待機(jī)模式：調(diào)壓器輸出為高阻，核心電路掉電，包括零消耗〔存放器和SRAM的內(nèi)容不會(huì)喪失〕。低功耗模式STM32F103xx支持3種低功耗模式，從而在低功耗，短啟動(dòng)時(shí)間和可用喚醒源之間到達(dá)一個(gè)最好的平衡點(diǎn)。休眠模式：只有CPU停止工作，所有外設(shè)繼續(xù)運(yùn)行，在中斷/事件發(fā)生時(shí)喚醒CPU；停止模式：允許以最小的功耗來保持SRAM和存放器的內(nèi)容。1.8V區(qū)域的時(shí)鐘都停止，PLL，HSI和HSERC振蕩器被禁能，調(diào)壓器也被置為正?；蛘叩凸哪Ｊ?。設(shè)備可以通過外部中斷線從停止模式喚醒。外部中斷源可以使16個(gè)外部中斷線之一，PVD輸出或者TRC警告。待機(jī)模式：追求最少的功耗，內(nèi)部調(diào)壓器被關(guān)閉，這樣1.8V區(qū)域斷電。PLL,HSI和HSERC振蕩器也被關(guān)閉。在進(jìn)入待機(jī)模式之后，除了備份存放器和待機(jī)電路，SRAM和存放器的內(nèi)容也會(huì)喪失。當(dāng)外部復(fù)位〔NRST引腳〕，IWDG復(fù)位，WKUP引腳出現(xiàn)上升沿或者TRC警揭發(fā)生時(shí)，設(shè)備退出待機(jī)模式。進(jìn)入停止模式或者待機(jī)模式時(shí)，TRC,IWDG和相關(guān)的時(shí)鐘源不會(huì)停止。3.詳細(xì)介紹一款實(shí)際工作中智能儀表〔要求原理30%、功能20%和應(yīng)用10%〕。單相費(fèi)控智能電能表介紹1、單相費(fèi)控智能電能表的總體結(jié)構(gòu)在對智能電能表硬件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，按照各自不同的功能，我們可以將其劃分為假設(shè)干模塊，因此在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)時(shí)，采用模塊化的設(shè)計(jì)方案。按照各局部實(shí)現(xiàn)的不同功能，系統(tǒng)硬件局部整體結(jié)構(gòu)包括以下幾局部：信號(hào)采樣局部、電能計(jì)量局部、MCU局部、液晶顯示局部、時(shí)鐘局部、存儲(chǔ)局部、電源局部、485通信局部、紅外通信局部、ESAM平安塊、繼電器控制以及脈沖信號(hào)輸出等幾局部組成。系統(tǒng)硬件整體結(jié)構(gòu)框圖如下：圖1系統(tǒng)硬件整體結(jié)構(gòu)框圖單相費(fèi)控智能電能表的根本原理是：被測交流電壓和交流電流經(jīng)過高精度采樣后送到專用電能計(jì)量芯片〔即圖中ATT7053A〕經(jīng)過一系列數(shù)字處理，轉(zhuǎn)換成與有功功率成正比的脈沖信號(hào)，并進(jìn)行脈沖輸出，微處理器〔78K0527A〕將脈沖信號(hào)依據(jù)所屬時(shí)段進(jìn)行分時(shí)累計(jì)，得到總電量和各時(shí)段電量，并將結(jié)果保存到E2PROM中。同時(shí)完成相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示以及與遠(yuǎn)程上位機(jī)的通訊。⑴在整個(gè)系統(tǒng)中，微控制器〔即MCU〕局部是系統(tǒng)控制核心，通過SPI和I2C總線方式與外部相關(guān)模塊進(jìn)行通信，控制著其外圍各模塊的運(yùn)行狀態(tài)。⑵計(jì)量模塊采用高精度的電能專用計(jì)量芯片，完成對采樣電壓和電流信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算和處理，實(shí)現(xiàn)功率測量并進(jìn)行脈沖信號(hào)輸出等。計(jì)量芯片是整個(gè)電能計(jì)量的核心局部。⑶時(shí)鐘模塊局部能為電表提供精確的計(jì)時(shí)，微控制器通過I2C方式每間隔一定時(shí)間讀取當(dāng)前的時(shí)間，并計(jì)算得出當(dāng)前該時(shí)刻所對應(yīng)的費(fèi)率時(shí)段，從而實(shí)現(xiàn)分時(shí)段的電能計(jì)量。⑷電源局部為整個(gè)電能表系統(tǒng)提供電源，主要是通過整流，將電表所在的供電線路中的220伏高壓交流電，轉(zhuǎn)換為可供系統(tǒng)直接使用的低壓直流電。另一方面，為保證在意外或突發(fā)故障情況下整個(gè)電表系統(tǒng)能正常工作，在設(shè)計(jì)時(shí)為其提供備用電源，通常為鋰電池，以確保整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。⑸ESAM平安模塊嵌入在單相電表內(nèi)，實(shí)現(xiàn)平安存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)加/解密、雙向身份認(rèn)證、存取權(quán)限控制、線路加密傳輸?shù)绕桨部刂乒δ?，是單相電能表必不可少的組成局部。⑹存儲(chǔ)器局部，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)采用EEPROM，即可擦可編程只讀存儲(chǔ)器，用于大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和記錄，同時(shí)能保證在各種意外和突發(fā)事故造成的掉電情況下，用戶用電數(shù)據(jù)的不消失和長期存儲(chǔ)。⑺LCD顯示局部，對于本地費(fèi)控電能表，用于顯示電壓、電流、功率、時(shí)間、剩余金額、階梯電價(jià)等信息，以及電表編程狀態(tài)、故障等標(biāo)志。同時(shí)，LCD顯示具備自動(dòng)循環(huán)顯示和按鍵循環(huán)顯示兩種方式。其中，自動(dòng)循環(huán)顯示是指按照一定的順序顯示出與用戶電費(fèi)密切相關(guān)的電能信息，按鍵循環(huán)顯示是指用戶可以根據(jù)需要通過按操作來顯示自己比擬關(guān)心的電能相關(guān)信息；而對于遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表，電費(fèi)的計(jì)量在遠(yuǎn)程售電系統(tǒng)中完成，表內(nèi)不顯示與電費(fèi)、電價(jià)相關(guān)信息，在國家電網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，單相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表默認(rèn)的顯示項(xiàng)如下表所示：⑻繼電器控制局部用于接收遠(yuǎn)程售電系統(tǒng)下發(fā)的拉、合閘命令，通過繼電器的通斷來實(shí)現(xiàn)對用戶用電情況的控制。⑼紅外通信局部，通過傳輸，完成與掌上抄表機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)電力部門抄表工作人員對用戶電能表數(shù)據(jù)的抄讀。⑽RS485通信局部，通過485總線實(shí)現(xiàn)電能表數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)程售電系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的通信功能，同時(shí)，電能表中的單片機(jī)也可接收上位機(jī)下發(fā)的遠(yuǎn)程拉合閘命令，從而實(shí)現(xiàn)相關(guān)的遠(yuǎn)程控制功能。⑾脈沖、拉閘、報(bào)警局部為LED狀態(tài)指示燈。其中，脈沖指示燈為紅色，當(dāng)電能表每采樣計(jì)量一個(gè)脈沖時(shí)，脈沖指示燈點(diǎn)亮一次；拉閘指示燈為黃色，平時(shí)處于熄滅狀態(tài)，當(dāng)負(fù)荷開關(guān)處于斷開狀態(tài)時(shí)，拉閘指示燈亮；報(bào)警指示燈為紅色，正常情況下處于熄滅狀態(tài)，當(dāng)報(bào)警時(shí)，處于常亮狀態(tài)，以提醒和警示用戶相關(guān)信息。微控制器78K0527A在整個(gè)系統(tǒng)中，微控制器即MCU是核心控制部件，電能表系統(tǒng)中微控制器主要功能包括從電能計(jì)量芯片讀取相關(guān)電能數(shù)據(jù)以及信息的處理、累計(jì)脈沖計(jì)數(shù)、從時(shí)鐘模塊讀取相應(yīng)時(shí)間、電能數(shù)據(jù)的報(bào)警和顯示、電能數(shù)據(jù)的通信和遠(yuǎn)程傳輸?shù)?。其性能的上下直接關(guān)系到電能功能功能的實(shí)現(xiàn)。因此，選擇一款高性能的MCU，對整個(gè)電能表系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，起著至關(guān)重要的作用。根據(jù)硬件系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖，MCU的選擇應(yīng)考慮到以下幾個(gè)方面：⑴要有足夠大的存儲(chǔ)空間；⑵要有足夠多的通用輸入輸出接口；⑶較低的功耗；⑷具有串行通信接口；⑸具有功能強(qiáng)大的定時(shí)/計(jì)數(shù)器；⑹較高的性價(jià)比。綜合考慮以上各方面因素，在MCCU的選擇上，采用78K0系列8位微控制器，78K0系列單片機(jī)是一種功能強(qiáng)大，同時(shí)有著較高性價(jià)比的高性能微控制器。該系列單片機(jī)功耗低、精度高、內(nèi)置上電復(fù)位清零電路以及獨(dú)立源看門狗電路，廣泛應(yīng)用于智能儀表，工業(yè)控制，汽車電子等領(lǐng)域。而本系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，選擇78K0527A作為系統(tǒng)的控制核心NEC開發(fā)的78K0系列MCU的主要特性包括有時(shí)鐘監(jiān)視器的平安保險(xiǎn)電路和獨(dú)立于主時(shí)鐘的內(nèi)部時(shí)鐘，看門狗計(jì)時(shí)器，片內(nèi)振蕩器以及低電壓指示器功能。此外，一些擁有更多引腳的78K0系列MCU具有用來進(jìn)行軟件開發(fā)的片內(nèi)調(diào)試器功能，能用真實(shí)的MCU來進(jìn)行軟件開發(fā)，從而使開發(fā)實(shí)際情況更加接近。78K0系列MCU工作速度20MHz，CPU處理速度比10MHz的78K0系列MCU增加了100%。78K0系列MCU有片內(nèi)平安功能，能檢測到由電磁干擾或靜電所引起的誤操作，使系統(tǒng)更加平安和可靠。與其他類型的單片機(jī)相比，NEC的78K0系列MCU最大特點(diǎn)：⑴內(nèi)置高精度的環(huán)形振蕩器，在特定的溫度范圍內(nèi)，精度可到達(dá)0.1%。⑵功耗低，寬電壓范圍，抗干擾能力強(qiáng)。⑶具有I2C和SPI串行總線接口。⑷帶有功能強(qiáng)大的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。⑸支持在線編程。⑹自帶仿真工具和程序燒寫功能。⑺內(nèi)置上電復(fù)位清零電路，低電壓偵測電路和獨(dú)立源看門狗電路，無需其他外圍元件的配合。⑻多個(gè)保護(hù)模塊：看門狗電路、時(shí)鐘監(jiān)控、低壓報(bào)警等，能保證整個(gè)系統(tǒng)的工作可靠。⑼低價(jià)位開發(fā)工具，便捷的開發(fā)環(huán)境。⑽比擬器/外部中斷能實(shí)現(xiàn)硬件的禁止輸出功能，反響快速，保證平安。⑾支持通過串行通信接口，完成對產(chǎn)品的在線升級(jí)功能。本設(shè)計(jì)中選用的78K0527A微控制器，具有4組8位通用存放器，128KB的ROM，1KB的RAM，內(nèi)置單電源flash存儲(chǔ)器，內(nèi)置上電清零電路和低電壓檢測器、看門狗定時(shí)器、按鍵中斷功能、時(shí)鐘輸出控制器以及7通道定時(shí)器，同時(shí)，指令的最短執(zhí)行時(shí)間可以在高速和超低速之間改變。信號(hào)采樣模塊電路由于電能表所在的供電線路是220伏的高壓線路，而專用計(jì)量芯片所處理的信號(hào)，是一定范圍內(nèi)的小的電壓和電流信號(hào)，因此，必須對電壓、電流信號(hào)進(jìn)行高精度的采樣，使采樣值在電能專用計(jì)量芯片所能處理的工作范圍內(nèi)。同時(shí)又要完成電能專用計(jì)量芯片與電能表所在的高壓電力線路之間的電氣隔離。在實(shí)際中，比擬常見的是采用電壓互感器和電流互感器來對模擬的電壓和電流信號(hào)進(jìn)行采樣，或采用電阻分壓和分流來采樣模擬的電壓、電流信號(hào)。電壓互感器實(shí)際上可通俗的理解為一個(gè)帶有鐵心的變壓器。它主要由一、二次線圈、絕緣體以及鐵心組成。根據(jù)變壓器原理可知，改變一次或二次繞組的匝數(shù)，就可以產(chǎn)生不同的電壓比，這就可組成不同比的電壓互感器。電壓互感器將較高的電壓值按特定比例轉(zhuǎn)換成相對較低的電壓，電壓互感器一次側(cè)通常接在一次系統(tǒng)中，而其二次側(cè)通常接測量儀表、繼電保護(hù)等。電流互感器依據(jù)電磁原理制成的。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。其中，一次繞組匝數(shù)較少，二次繞組匝數(shù)較多，工作時(shí)串接在測量儀表電路中。電流互感器在工作時(shí)，它的2次回路始終閉合，因此，電流互感器的工作狀態(tài)接近于短路。在測量交變電流的大電流時(shí)，電流互感器就起到變流和電氣隔離作用。電流互感器一次側(cè)通常接在一次系統(tǒng)中，而二次側(cè)通常接地。采用電阻分壓和分流的方法來采樣模擬電壓、電流信號(hào)，電路結(jié)構(gòu)簡單，本錢較低，但缺點(diǎn)是不能實(shí)現(xiàn)電氣隔離。綜合考慮以上兩種采樣方式，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，電壓信號(hào)采樣采用電阻分壓方式，而電流信號(hào)采樣采用電流互感器方式。在電壓信號(hào)采樣時(shí)，通過串聯(lián)電阻分壓方式來實(shí)現(xiàn)，電阻規(guī)格為104-F〔105Ω〕,并采用由規(guī)格為202-F〔2000Ω〕的電阻和333-K〔0.033μF〕的電容組成濾波電路進(jìn)行濾波處理，最后將信號(hào)進(jìn)行差分輸入，以提高抗干擾能力，信號(hào)采樣后接電能專用計(jì)量芯片進(jìn)行電能計(jì)量的相關(guān)處理，信號(hào)輸入端V3P,V3N分別接計(jì)量芯片。電壓信號(hào)采樣電路，如以下圖所示。圖2電壓信號(hào)采樣電路在電流信號(hào)采樣時(shí)，采用電流互感器〔英文縮寫為CT〕來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)相應(yīng)電能專用計(jì)量芯片的性能，采用雙通道采樣，采樣兩路電流信號(hào)。并通過由電阻和電容組成的濾波電路，進(jìn)行濾波處理，最后，將采集到的信號(hào)經(jīng)過兩路差分輸入信號(hào)端送電能專用計(jì)量芯片進(jìn)行相關(guān)功率計(jì)量的處理。電流信號(hào)采樣電路，如以下圖所示。圖3電流信號(hào)采樣電路電能專用計(jì)量芯片的選擇與計(jì)量模塊當(dāng)前，在各類單相、三相電能表中，廣泛使用的是各種高精度的電能專用計(jì)量芯片。在本設(shè)計(jì)中計(jì)量局部選用的是高性能計(jì)量芯片ATT7053A。ATT7053A是一顆帶SPI接口的單相多功能計(jì)量芯片，工作電壓范圍是3.0V—3.6V，晶振頻率為5.5296MHz。其整體結(jié)構(gòu)框圖如下：圖4計(jì)量專用芯片結(jié)構(gòu)圖⑴采用三路19位∑-△模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采樣率28K/14K/7KHz可調(diào)；⑵支持2000:1的動(dòng)態(tài)范圍；⑶用戶可以同時(shí)得到兩個(gè)通道的有功功率、無功功率；⑷支持有功功率、無功功率、視在功率和電能脈沖輸出；⑸能夠同時(shí)得到三通道的有效值，及電壓頻率，電壓電流相位；⑹支持SPI，能夠讀取參數(shù)，校表，速度可達(dá)1Mbps；⑺中斷支持：過零中斷，采樣中斷，電能脈沖中斷，校表中斷等；⑻支持?jǐn)嘞喾栏`電；⑼片內(nèi)溫度傳感器；⑽NORM全速運(yùn)行功耗小于4.5mA,斷相防竊電降頻運(yùn)行功耗小于2mA；⑾VDCIN/ADCIN功能，方便用戶做電源檢測和電池檢測；⑿電源監(jiān)測功能：BOR，LBOR功能。該電能專用計(jì)量芯片的工作原理是：首先通過對采樣的一路電壓信號(hào)，兩路電流信號(hào)分別進(jìn)行信號(hào)的放大，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并通過濾波處理，最后送電能處理單元進(jìn)行相關(guān)信號(hào)處理，完成對電壓、電流有效值，功率因數(shù)，以及有功功率、無功功率、視在功率的測量，并進(jìn)過功率頻率轉(zhuǎn)換，輸出與功率成正比的脈沖信號(hào)，最后通過MCU累計(jì)脈沖計(jì)數(shù)，完成對電能的計(jì)量。時(shí)鐘模塊電路時(shí)鐘模塊用于顯示當(dāng)前日期和時(shí)間，通過I2C總線方式與MCU相連，MCU讀取當(dāng)前時(shí)鐘信息，并根據(jù)相應(yīng)的時(shí)段費(fèi)率，進(jìn)行電能數(shù)據(jù)的相關(guān)計(jì)算和處理。而電能的計(jì)量和計(jì)費(fèi)與用戶的利益切身相關(guān)，這就要求時(shí)鐘局部具備較高的精度和準(zhǔn)確度，同時(shí)時(shí)鐘的功耗應(yīng)較低。I2C總線通訊方式I2C總線是一種串行通訊的國際標(biāo)準(zhǔn)，I2C總線具有如下特征：⑴僅要求具備兩條總線線路：串行數(shù)據(jù)線〔SDA〕與串行時(shí)鐘線〔SCL〕。⑵總線上連接的各個(gè)器件都可以通過唯一的地址與長期存在的簡單的主機(jī)/從機(jī)關(guān)系設(shè)計(jì)地址。⑶真正意義上的多主機(jī)總線，當(dāng)多個(gè)主機(jī)同時(shí)初始化數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，可以通過沖突檢測以及仲裁功能來防止數(shù)據(jù)遭到破壞。⑷片上的濾波器可以濾去總線數(shù)據(jù)上的雜波干擾，從而保證數(shù)據(jù)的完整性。I2C總線支持任何IC生產(chǎn)過程，串行數(shù)據(jù)線和串行時(shí)鐘線在連接到總線的器件間傳遞信息。每個(gè)器件都有一個(gè)唯一的地址識(shí)別，而且都可以作為一個(gè)發(fā)送器或接收器。SDASCL均為雙向線路，通常采用一個(gè)上拉電阻連接到正的電源電壓，當(dāng)總線處于空閑狀態(tài)時(shí)，這兩條線路都處在高電平。連接到總線的器件輸出級(jí)漏極或集電極必須處于開路狀態(tài)，才能執(zhí)行相關(guān)的線與功能。電源模塊系統(tǒng)的電源模塊局部，主要用于給微控制器〔MCU〕、時(shí)鐘芯片以及相關(guān)用電局部提供電能，而電能表所在的電力線網(wǎng)絡(luò)又是220V的高壓，因此，必須進(jìn)行相關(guān)相應(yīng)的降壓、整流、穩(wěn)壓以及濾波處理過程，才能用于給整個(gè)電能表系統(tǒng)相關(guān)用電局部供電。同時(shí)為防止供電線路故障以及其他偶然因素造成斷電現(xiàn)象的發(fā)生，還必須給電能表系統(tǒng)準(zhǔn)備備用電源，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)選用鋰電池作為備用電源。系統(tǒng)在電源模塊電路設(shè)計(jì)時(shí)，首先對電力線電壓通過變壓器進(jìn)行降壓，然后經(jīng)整流，以及三端穩(wěn)壓器78L05進(jìn)行穩(wěn)壓，最后經(jīng)濾波處理，得到的5伏的低壓穩(wěn)定電源。存儲(chǔ)器模塊單相費(fèi)控智能電能表在實(shí)際工作中，要對用戶的當(dāng)前用電數(shù)據(jù)、歷史用電數(shù)據(jù)、事件記錄以及凍結(jié)數(shù)據(jù)等進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，這就要求大容量的存儲(chǔ)芯片，同時(shí)，又要保證用戶用電數(shù)據(jù)在各種突發(fā)事件而造成的掉電事故影響下，用電數(shù)據(jù)的長時(shí)間保存。因此，在對系統(tǒng)存儲(chǔ)器模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，選用CATALYST公司生產(chǎn)的AT24C256。AT24C256是一個(gè)256K位的串行CMOS可擦可編程存儲(chǔ)器即E2PROM，與I2C總線兼容。工作電壓為1.8伏到6伏，該芯片功耗低，具有寫保護(hù)功能，可靠性高，64字節(jié)頁寫緩沖器，擦寫次數(shù)高達(dá)100萬次，在掉電狀態(tài)下，數(shù)據(jù)可保持長達(dá)100年不變，能較好的滿足費(fèi)控智能電能表對存儲(chǔ)器的要求。存儲(chǔ)器及其外圍電路如以下圖所示。圖5存儲(chǔ)器模塊電路設(shè)計(jì)LCD顯示模塊單相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表不需要在表內(nèi)實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)功能，電費(fèi)的計(jì)算在遠(yuǎn)程售電系統(tǒng)中完成，表內(nèi)不顯示與電費(fèi)、電價(jià)相關(guān)的信息。只顯示當(dāng)前用戶各時(shí)段的電量以及組合總電量。遠(yuǎn)程售電系統(tǒng)通過虛擬介質(zhì)〔主要是載波和RS485通信〕對費(fèi)控電能表下發(fā)復(fù)費(fèi)率時(shí)段表、電量結(jié)算日等信息。系統(tǒng)在顯示局部設(shè)計(jì)時(shí)，選用THR2760型液晶顯示器以及HL6024型液晶驅(qū)動(dòng)芯片。其中HL6024是一種能和任意的具有低復(fù)用速率的液晶顯示器接口的外圍驅(qū)動(dòng)器。能對任意靜態(tài)或復(fù)合態(tài)的LCD，能產(chǎn)生高達(dá)24段的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且通過級(jí)聯(lián)方式能輕松實(shí)現(xiàn)大型LCD應(yīng)用。HL6024能和大多數(shù)微控制器實(shí)現(xiàn)兼容，并通過兩線雙向的二線-串行通信總線通訊。同時(shí)，由于帶自動(dòng)地址增量的顯示RAM，使得通訊開銷可大幅度降低。HL6024是一款1/4DUTY和1/3BIAS的通用LCD驅(qū)動(dòng)顯示電路，共有24各SEG輸出端口和4個(gè)COM輸出端口，直接和LCD相連可驅(qū)動(dòng)96段液晶，當(dāng)少于24段SEG和4段COM時(shí)，不用的段可空出。當(dāng)數(shù)據(jù)傳送給HL6024后，HL6024根據(jù)初始地址把數(shù)據(jù)依次填入相應(yīng)的RAM中，由驅(qū)動(dòng)電路把相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電平信號(hào)送至液晶。RS485通訊模塊RS485通訊接口是串行接口的標(biāo)準(zhǔn)之一，是在RS-232的根底上開展起來的一種串行通信方式，通常在要求遠(yuǎn)距離通訊時(shí)，廣泛采用RS—485的串行總線標(biāo)準(zhǔn)。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收的方式，這就使得該通信方式具備了很強(qiáng)的抗共模干擾能力。RS485通信解決了電能表數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程通信和控制問題，使電能表與電力部門的遠(yuǎn)程售電系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實(shí)。另外，由于PC機(jī)默認(rèn)的是只帶有RS-232的接口，通常需要通過RS232轉(zhuǎn)RS485電路，從而將PC機(jī)串口的RS232信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS485信號(hào)。在國家電網(wǎng)公司智能電能表的功能標(biāo)準(zhǔn)中對于RS485通訊局部指出，智能電能表的RS485通訊局部要滿足：⑴RS485接口必須和電能表內(nèi)部電路實(shí)行電氣隔離，并有失效保護(hù)電路；⑵RS485接口應(yīng)滿足DL/T645-2007電氣要求，并能承受380V交流電壓；⑶RS485接口通信速率可靈活設(shè)置；⑷RS485通信遵循DL/T645-2007協(xié)議及其備案文件。ESAM平安模塊在國家電網(wǎng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)中指出，ESAM平安模塊必須嵌入在設(shè)備內(nèi)，用以實(shí)現(xiàn)平安存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)加/解密、雙向身份認(rèn)證、存取權(quán)限控制、線路加密傳輸?shù)绕桨部刂乒δ堋SAM平安模塊，是英文EmbeddedSecureAccessModule的縮寫，即嵌入式認(rèn)證加密模塊，是指一種嵌入式的平安控制模塊。ESAM平安模塊采用專用的智能卡芯片模塊封裝形式，系統(tǒng)是建立的在專用的高性能的平安微處理器的硬件平臺(tái)根底上的，同時(shí)在平安模塊內(nèi)部，擁有獨(dú)立的片上操作系統(tǒng)，除了具備防檢測、抗攻擊等硬件特性外，還具有平安的文件密鑰管理，標(biāo)準(zhǔn)的加解密運(yùn)算功能，完善的平安機(jī)制等特性。ESAM平安模塊最主要的應(yīng)用模式是嵌入到某些專用設(shè)備或儀器中，一方面可作為設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)，提供平安的硬件平臺(tái)以存儲(chǔ)密鑰和相關(guān)重要數(shù)據(jù)外，另一方面，還可以利用模塊內(nèi)置算法完成數(shù)據(jù)的加密解密、雙向身份認(rèn)證、訪問權(quán)限控制以及臨時(shí)過程密鑰導(dǎo)出等多種功能?？蓮V泛應(yīng)用于需要加密或身份認(rèn)證功能的智能設(shè)備中。正是基于上述功能，ESAM平安模塊廣泛應(yīng)用于智能電表，通信設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)平安等眾多領(lǐng)域。在國家電網(wǎng)公司智能電能表的功能標(biāo)準(zhǔn)中對ESAM平安認(rèn)證局部指出，智能電能表的平安認(rèn)證局部必須滿足：⑴通過固態(tài)介質(zhì)或虛擬介質(zhì)對電能表進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、預(yù)存電費(fèi)、以及下發(fā)遠(yuǎn)程控制命令操作時(shí)，需通過嚴(yán)格的密碼驗(yàn)證及ESAM模塊等平安認(rèn)證，以確保數(shù)據(jù)傳輸平安可靠。⑵ESAM模塊的加密算法應(yīng)采用國密算法。信號(hào)輸出模塊電路在國家電網(wǎng)公司相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，對智能電表信號(hào)輸出局部指出，智能電能表的信號(hào)輸出局部主要包括電能量脈沖輸出、多功能信號(hào)輸出以及控制輸出三局部：⑴電能量脈沖輸出①智能電能表應(yīng)具備與所計(jì)量的電能量成正比的光脈沖輸出和電脈沖輸出；②光脈沖輸出采用超亮、長壽命LED指示燈；③電脈沖輸出必須采用電氣隔離措施。⑵多功能信號(hào)輸出智能電表的多功能信號(hào)端子應(yīng)可輸出時(shí)間信號(hào)、需量周期信號(hào)或時(shí)段切換信號(hào)，以便檢測人員檢測。其中，時(shí)間信號(hào)為秒信號(hào)，需量周期信號(hào)、時(shí)段切換信號(hào)為80ms±20ms的脈沖信號(hào)。⑶控制輸出智能電能表可輸出脈沖或電平開關(guān)信號(hào)，控制外部報(bào)警裝置或負(fù)荷開關(guān)。載波模塊電力線載波通信技術(shù)是指利用現(xiàn)有的輸配電電力線網(wǎng)絡(luò)作為傳輸介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換的一種技術(shù)。電力線載波通信主要采用的是通過載波調(diào)制技術(shù)，其最大的優(yōu)是無需另外架設(shè)新的通信網(wǎng)絡(luò)線路，存在的缺乏主要是電力線路存在較強(qiáng)的噪聲干擾以及電力線網(wǎng)絡(luò)對傳輸信號(hào)的衰減較大。在國家電網(wǎng)公司的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，對智能電能表的載波模塊局部指出：⑴智能電能表可配置窄帶或?qū)拵лd波模塊；⑵智能電能表與載波通信模塊之間的通訊遵循DL/T645-2007協(xié)議及其備案文件；⑶假設(shè)采用外置式載波通訊模塊，為保護(hù)電能表，載波通信接口必須有失效保護(hù)電路；⑷在載波通信時(shí)電能表的計(jì)量性能、存儲(chǔ)的計(jì)量數(shù)據(jù)以及參數(shù)不應(yīng)受到影響和改變。繼電器控制模塊繼電器控制局部用于對用戶的用電情況進(jìn)行相應(yīng)控制，當(dāng)用戶電能表剩余金額為0時(shí)，上位機(jī)下發(fā)允許拉閘命令，繼電器斷開，停止供電。當(dāng)接收到用戶續(xù)交電費(fèi)信息后，上位機(jī)下發(fā)允許合閘命令，繼電器閉合，恢復(fù)供電。系統(tǒng)繼電器控制局部電路如以下圖所示。圖6繼電器控制模塊電路設(shè)計(jì)二、單相費(fèi)控智能電能表的主要功能電量計(jì)量〔1〕具有正、反向有功電能計(jì)量功能，能存儲(chǔ)其數(shù)據(jù)，〔2〕能存儲(chǔ)上3個(gè)月的總電能和各費(fèi)率電能量；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分界時(shí)刻為月末24時(shí)。電量凍結(jié)電量凍結(jié)可以凍結(jié)正向〔反向〕有功電量，具體分為以下幾種情況： 〔1〕 按RS-485通訊規(guī)約方式凍結(jié)?！?〕定時(shí)凍結(jié)：電表按照用戶約定的時(shí)間及間隔凍結(jié)電能量數(shù)據(jù)；每個(gè)凍結(jié)量保存12次。〔3〕瞬時(shí)凍結(jié)：在非正常情況下，凍結(jié)當(dāng)前的日歷、時(shí)間、所有電能量和有功功率的數(shù)據(jù)；瞬時(shí)凍結(jié)量保存最后3次的數(shù)據(jù)?！?〕約定凍結(jié)：在新老兩套費(fèi)率/時(shí)段轉(zhuǎn)換、階梯電價(jià)轉(zhuǎn)換或電力公司認(rèn)為有特殊需要時(shí)，凍結(jié)轉(zhuǎn)換時(shí)刻的電能量以及其他重要數(shù)據(jù)，保存最后2次凍結(jié)數(shù)據(jù)。〔5〕日凍結(jié)：存儲(chǔ)每天零點(diǎn)時(shí)刻的電能量，存儲(chǔ)60天的數(shù)據(jù)?！?〕整點(diǎn)凍結(jié)：存儲(chǔ)整點(diǎn)時(shí)刻或半點(diǎn)時(shí)刻的有功總電能和無功總電量以及凍結(jié)時(shí)間，可存儲(chǔ)96個(gè)數(shù)據(jù)。凍結(jié)內(nèi)容及對應(yīng)的數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)均符合DL/T645—2007及其備案文件要求，凍結(jié)電量可通過用戶卡、檢查卡或其它通信接口抄出，便于進(jìn)行用電量分析和線損統(tǒng)計(jì)。清零電能表只有在被授權(quán)及通過平安驗(yàn)證的情況下能進(jìn)行電量清零操作，去除電表內(nèi)部存儲(chǔ)的電能量、凍結(jié)量、事件記錄等數(shù)據(jù)。永久記錄電能表清零事件的發(fā)生時(shí)刻及清零時(shí)的電能量數(shù)據(jù)。時(shí)鐘具有日歷、計(jì)時(shí)和閏年自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能。日歷、時(shí)鐘均可通過RS485、紅外數(shù)據(jù)接口等進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整，設(shè)置時(shí)需按下編程鍵，進(jìn)入編程狀態(tài)。平安認(rèn)證對電能表進(jìn)行參數(shù)設(shè)置命令操作時(shí)，需通過嚴(yán)格的密碼驗(yàn)證等平安認(rèn)證，以確保數(shù)據(jù)傳輸平安可靠。電力參數(shù)測量及監(jiān)測智能電表能測量、記錄、顯示當(dāng)前電壓、電流〔包括零線電流〕、有功功率、功率因數(shù)等運(yùn)行參數(shù)。測量誤差〔引用誤差〕±1％以內(nèi)。事件記錄電量的事件記錄功能可以記錄對電表的編程和清零操作以及電表運(yùn)行狀態(tài)，具體分為以下幾種情況：1、永久記錄電能表清零事件的發(fā)生時(shí)刻及清零時(shí)的電能量數(shù)據(jù)。2、記錄編程總次數(shù)，最近10次編程的時(shí)刻、操作者代碼、編程項(xiàng)的數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)。3、記錄校時(shí)總次數(shù)〔不包含播送校時(shí)〕，最近10次校時(shí)的時(shí)刻、操作者代碼。4、記錄掉電的總次數(shù)，最近10次掉電發(fā)生及結(jié)束的時(shí)刻。計(jì)時(shí)功能采用內(nèi)置帶溫度補(bǔ)償?shù)挠布r(shí)鐘電路，具有日歷、計(jì)時(shí)、閏年自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能；內(nèi)部時(shí)鐘端子輸出頻率為1Hz。電能表可接受的播送校時(shí)范圍不大于5min；播送校時(shí)無需編程鍵和通訊密碼配合；每天只允許校對一次，且應(yīng)防止在電能表執(zhí)行凍結(jié)或結(jié)算數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存操作前后5min內(nèi)進(jìn)行。顯示功能該電能表采用大屏幕寬溫中文字符液晶顯示，具有防紫外線功能，在正常使用情況下，LCD壽命大于10年。電能表具備自動(dòng)循環(huán)和按鍵兩種顯示方式；自動(dòng)循環(huán)顯示時(shí)間間隔可在5～20秒內(nèi)設(shè)置；液晶顯示關(guān)閉后，可用按鍵喚醒液晶顯示；通訊功能具有一個(gè)紅外通信接口、一個(gè)RS485通信接口，通信接口物理層彼此獨(dú)立，一種通信信道的損壞不影響其它信道。電能表通過通信接口可以與手持終端、數(shù)據(jù)采集器、檢測設(shè)備、計(jì)算機(jī)等進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、播送對時(shí)設(shè)置、抄讀、編程、管理等。通訊規(guī)約符合DL/T645-2007標(biāo)準(zhǔn)。RS485通信傳輸速率允許在1200bps、2400bps、4800bps、9600bps中選擇，缺省設(shè)置為1200bps。RS485通信接口和電能表內(nèi)部電路實(shí)現(xiàn)電氣隔離，具有失效保護(hù)電路。通信接口通過電氣性能、抗干擾試驗(yàn)，符合DL/T614—2007的要求。載波模塊接口與RS485接口物理層相互獨(dú)立，一個(gè)通信接口的損壞不影響其它通信接口正常工作。端口輸出電能表具備與所計(jì)電能成正比的光脈沖測試輸出和電脈沖測試輸出功能。光脈沖測試輸出裝置的特性符合GB/T17215.211-2006的要求。電脈沖測試輸出為光隔離無源輸出,脈寬為80ms±20ms，輸出裝置的特性符合GB/T15284-2002的要求。電能表具備秒時(shí)間信號(hào)輸出端子。報(bào)警功能當(dāng)電表出現(xiàn)以下故障時(shí),在循環(huán)顯示第一項(xiàng)顯示報(bào)警代碼或報(bào)警提示，并且LCD背光燈持續(xù)點(diǎn)亮：當(dāng)電能表出現(xiàn)故障時(shí)，顯示出錯(cuò)信息碼。編程密碼和平安保護(hù)電能表應(yīng)具備編程開關(guān)和編程密碼雙重防護(hù)措施，以防止非授權(quán)人進(jìn)行編程操作。電能表僅在允許編程狀態(tài)才能進(jìn)行編程操作，播送校時(shí)和讀表操作不受編程開關(guān)的控制。編程開關(guān)編程開關(guān)采用按鍵式設(shè)計(jì)，且只有在翻開封印前方能觸及到編程開關(guān)。在可編程狀態(tài)下，假設(shè)240分鐘內(nèi)沒有任何操作，電能表將自動(dòng)關(guān)閉編程狀態(tài)。編程密碼電能表需先通過編程密碼驗(yàn)證才能執(zhí)行編程或其他特殊操作。密碼采用兩級(jí)管理，每一級(jí)密碼由6位阿拉伯?dāng)?shù)字組成；密碼權(quán)限等級(jí)不同，可執(zhí)行的操作不同。具有高等級(jí)密碼權(quán)限的人員，可修改低等級(jí)密碼，并執(zhí)行低等級(jí)密碼的所有操作。連續(xù)3次密碼輸入錯(cuò)誤，電能表將自動(dòng)關(guān)閉編程功能24小時(shí)。閥控密碼電能表閥控密碼支持遠(yuǎn)程停送電。三、單相費(fèi)控智能電能表的應(yīng)用與開展方向1〕結(jié)算和帳務(wù)。通過智能電表能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的費(fèi)用結(jié)算信息處理，簡化了過去帳務(wù)處理上的復(fù)雜流程。在電力市場環(huán)境下，調(diào)度人員能更及時(shí)、便捷地轉(zhuǎn)換能源零售商，未來甚至能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)切換。同時(shí)用戶也能獲得更加準(zhǔn)確、及時(shí)的能耗信息和帳務(wù)信息。2〕配網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)。目前，配網(wǎng)側(cè)的潮流分布信息