基于以太网用电监控系统设计分析案例

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1、-第1章基于以太网的智能用电监控系统设计21.1总体框架21.2设计原理21.3模块设计31.3.1电源模块设计31.3.2CS5460A模块41.3.3LPC2148最小系统51.3.4ENC28J60模块71.4软件设计71.4.1LPC2148初始化71.4.2CS5460A配置81.4.3ENC28J60配置101.4.4EEPROM读写测试101.4.5CS5460A的偏置校准与增益标定111.4.6网络数据解析121.4.7操作系统任务与软件流程131.5开发环境的使用151.5.1生成新的工作区151.5.2生成

2、新的项目151.5.3给项目添加文件151.5.4设置项目选项151.5.4编译链接和调试应用15.---第1章基于以太网的智能用电监控系统设计1.1总体框架本系统以ARM7TDMI-S内核单片机LPC2148为核心，结合CS5460A计量芯片模块、ENC28J60网络接口模块实现用电监控系统设计，其只要配置见表1-1。表1-1基于以太网的智能用电监控系统硬件配置一览表模块主要配置功能LPC2148核心板LPC2148、MAX811系统的主控CS5460A计量模块CS5460A用电情况的计量ENC28J60模块ENC28J60

3、网络数据传输接口电源模块LM2596，LM1117DC-DC转换芯片1.2设计原理该设计中，核心部件是美国CirrusLogic公司生产的电能计量芯片CS5460A。该芯片具有如下特点：(1)转换精度高，自身转换精度达到0.1级，可以实现0.2级的测量仪表；(2)片内功能强，具有瞬时电流、瞬时电压、瞬时功率、电流有效值、电压有效值、功率有效值等；(3)具有智能“自引导”，不需要控制器(4)使用方便的SPI接口与控制器通信，外围接口少。(5)校准过程简单，支持AC或DC系统校准为了实现以太网数据传输，系统中使用了Microchi

4、p公司的独立以太网控制器ENC28J60，该芯片实现了以太网分层结构中的物理层，使用SPI接口与控制器通信，控制器读取到的是最原始的标准以太网帧数据，还需要对该帧数据进行解析才能获得有效的用户数据。反之，控制器需要用软件按照以太网数据帧协议将需要发送的用户数据一层一层包装好，写入到ENC28J60中，才能由该芯片发送到网络中去。整体的设计原理是，LPC2148控制CS5460A读取用电情况，并将数据打包写入到ENC28J60中发送到网络。系统框图见图1-1。.---图1-1系统框图1.3模块设计1.3.1电源模块设计该系统中使

5、用了开关型的DC-DC电源转换芯片LM2596和低压差的电压调节器LM1117，设计原理图见图1-1。图1-1在使用LM2596时，它的外围器件应根据数据手册的说明来选取，在LM1117的输出应加上电源滤波电容。.---1.3.2CS5460A模块CS5460A结合少量的外围和前置调理电路，在控制器的控制下就可以工作。本方案使用了互感器处理前端的高压和大电流调理，也可以使用分压和电流采样来处理。(1)前端调理电路设计见图1-2,高压调理部分采用了变比为2mA：2mA的电压互感器ZMPT101B，假设市电维持在220V左右，通过

6、一个120K的电阻，得到1.8mA的电流，为了不超过芯片的测量范围(这一点与CS5460A的寄存器配置有关)，在互感器的另一侧串联一个精密电阻将电流信号转换为电压信号。该电路中的电容电阻组成了滤波电路，对信号进行了初步的模拟滤波。见图1-2,大电流部分采用了变比为2000：1的电流互感器ZMCT102，互感器另一侧的一只精密电阻将电流信号转换成了电压信号，电阻的取值与绕线匝数，芯片测量范围有关。在该电路中也有滤波电路。对信号进行了初步的模拟滤波。由于互感器的相差作用，送入CS5460A的信号可能存在相位差，而CS5460A内部

7、有相位补偿的功能，大大提高了有功功率的测量准确性，也弥补了互感器在使用过程中会产生相移的不足。图1-2前端调理电路(2)CS5460A最小系统见图1-3，CS5460A的外围电路非常简单，只要连接晶振和电源即可。需要注意的是PFMON电源监控这只引脚，该引脚的电压必须维持在3.3V以上，本设计中用电源电压分压得到。前级调理的信号经VIN+、VIN-、CIN-、CIN+进入CS5460A。CS5460A的引脚描述参见官方数据手册。.---图1-3CS5460A最小系统1.3.3LPC2148最小系统LPC2148是基于一个支持实

8、时仿真和嵌入式跟踪的32位ARM7TDMI-SCPU的微控制器，并带有512KB嵌入式的高速Flash存储器。内置了USB2.0Device、多个UART、SPI、SSP、I2C和40KB的片内SRAM。多个32位定时器，1个10位ADC、10位DAC、PWM通道、45个高速