基于AM3352MCU的智能電網解決方案開發(fā)

基于AM3352MCU的智能電網解決方案開發(fā)物聯網（IoT）有望在智能建筑和智能校園環(huán)境中全面應用時節(jié)省大量成本。管理能源將提供最大的節(jié)約之一，因為管理環(huán)境控制可以為居民提供最佳舒適度，同時最大限度地減少能源使用。工廠和工業(yè)綜合體也將受益于更強大和互聯的基于物聯網的能源管理系統(tǒng)。收集和控制所有電力傳輸和消耗點將需要更廣泛地推廣能源測量和管理設備。MCU制造商長期以來一直針對能源測量和管理應用，現代MCU具有多項高級功能，使其在這些應用中非常高效。此外，通?？梢允褂脜⒖荚O計，為常見的能量測量、控制和集中器應用提供完整的系統(tǒng)解決方案。本文將探討其中一些參考設計，以說明它們如何顯著簡化您的下一個能源測量和管理設計的實施并加快您的上市時間。智能電網中的能源管理智能電網是一種新的思考和構建能源基礎設施的方式。它適用于能源的產生、分配和利用的各個方面。如果這三個要素都到位并可以運行，就可以構建一個更智能、更高效的“智能電網”。智能電網將通過測量和預測所需能源，然后高效地生成和輸送能源來優(yōu)化能源的產生、輸送和消耗。智能電網的一個關鍵要素是消費者對能源使用的感知、監(jiān)控和通信。一旦通過使用大數據分析了解并理想地預測能源使用，就可以更好地管理發(fā)電和交付。如果可以根據產生的能源的可用性來管理消耗，則可以獲得額外的效率。圖1說明了智能電網的演變。在左側，之前的能源系統(tǒng)集中在發(fā)電上。智能電網采用更加分布式的發(fā)電方法，使用多個來源以及通信和傳感網絡來更好地管理能源輸送和利用。整個智能電網都使用傳感器來測量功率。這不僅在每個使用點實施，而且在每個發(fā)電和分配點實施，因此可以做出實時決策，優(yōu)化整個系統(tǒng)的效率。

圖1：智能電網演進（由STMicroelectronics提供）電能計量評估套件智能家居中的電能計量可以成為智能電網中的關鍵元素。電能計量解決方案通常包括與電能測量IC配合使用的MCU。圖2顯示了典型智能電表的簡化框圖，該電表利用STMicroelectronicsSTM32F系列MCU、STPM10電能計量IC和幾個支持組件來提供電力線調制解調器（PLM）通信、額外的內存、安全性和電源。STPM10在單相或多相計量系統(tǒng)中使用電流互感器和分流傳感器測量電力線系統(tǒng)中的有功、無功和視在電能。

圖2：智能家居中的電能計量。（意法半導體提供）STPM10的模擬部分包括前置放大器和一階sigma-deltaA/D轉換器、帶隙電壓基準和低壓降穩(wěn)壓器。數字部分包括系統(tǒng)控制、振蕩器、配置和校準非易失性存儲器、DSP和SPI接口。從模擬部分產生的一對sigma-delta輸出信號中，DSP單元計算消耗的有功、無功和視在電能的數量，以及RMS和瞬時電壓和電流值。計算結果可作為設備數字輸出的脈沖頻率和狀態(tài)，或作為數據流中的數據位提供，可通過SPI接口從設備中讀取。STEVAL-IPE15V1評估套件可用于簡化原型開發(fā)。電能計量和通信參考設計上述評估套件通過快速將工作硬件放在您的指尖來幫助加快您的開發(fā)周期。當提供包含圖形用戶界面（GUI）的軟件工具來觀察目標評估套件或參考設計的操作時，可以進一步加快開發(fā)過程。例如，CirrusLogicCDB5480U-Z參考設計平臺包括一個目標板和一個與該板通信以配置和觀察操作的相關GUI。圖3顯示左側的目標板和來自GUI的示例輸出，其中顯示了收集數據的直方圖。平均值、標準偏差、方差、最大值和最小值顯示在窗口左側。功能齊全的目標板與高級配置和測量工具與易于使用的GUI相結合，可以特別有效地加快您的開發(fā)周期。

圖3：參考設計板和用戶界面顯示（CirrusLogic提供）MCU制造商還為智能電網的通信部分提供參考設計。電力線通信是在智能電網中發(fā)送和接收數據的一種流行方法，MCU通常用作這些類型系統(tǒng)的中央控制元件。一些MCU已針對這些應用進行了優(yōu)化，并為智能電網實施提供了廣泛的通信功能。圖4顯示了德州儀器TMDSICE3359工業(yè)通信引擎參考設計的框圖以及使用通信優(yōu)化的TIAM335x處理器。請注意支持的廣泛通信接口集，包括雙以太網、USB、CAN/PROFIBUS、I2C、SPI和UART。

圖4：德州儀器智能電網通信參考設計框圖（德州儀器提供）TI的AM3352MCU功能強大，足以實現廣泛的智能算法，用于感應和控制照明、HVAC、標牌、占用、材料運輸和過程控制的能源使用。TITMDSICE3359參考設計包含在SYS/BIOS工業(yè)SDK中收集的大量代碼。該SDK包括開源RTOS、引導加載程序、外設驅動程序、用于EtherCAT從站堆棧、PROFIBUS從站堆棧、EtherNet/IP適配器/從站堆棧、ProfinetIO設備堆棧的工業(yè)通信協議堆棧評估版，以及示例演示通過各種工業(yè)通信協議進行工業(yè)輸入/輸出數據交換的應用程序。通過消除從頭開始創(chuàng)建這些復雜功能的需要，包含這些關鍵功能大大加快了產品上市時間?？傊?，要使智能電網“智能”，就需要對電網的每個關鍵要素（發(fā)電、配電和消費）進