基于HT5017芯片的SoC单相智能电表的设计.pdf

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1、基于HT5017芯片的SoC单相智能电表的设计徐京生基于HT5017芯片的SoC单相智能电表的设计DesignofSingle-PhaseSmartElectricEnergyMeterbasedonSoCofHT5017徐京生(华立科技股份有限公司，江苏杭州310023)[摘要】针对现有分立方案电能表的不足和当前海外电能表市场面临的挑战，采用SoC方案设计了一款高精度、低成本、低功耗的单相智能电能表。电能表采用SoC芯片HT5017作为控制核心，为单相多功能、防窃电电能表提供高集成的单芯片解决方案。小批生产结果表明。所设计的电表完全能

2、够满足海外客户的技术要求，而且性能价格比高，具有广泛的市场推广价值。[关键词】SoC；电能计量；单相智能电能表；HT5017【中图分类号】TP2【文献标识码】A引言当前．通用的分立设计方案的电能表一般采用微控制器单元(microcontrolunit，MCU)加专用计量芯片、时钟芯片、液晶驱动芯片等外围器件的独立芯片完成独立的计量、时钟、液晶(1iquidcrystaldisplay，LCD)显示和数据管理功能[11。其中专用的计量芯片完成电信号的测量和计量；MCU完成通过通信接口从计量芯片获取计量数据，并进行处理的功能；时钟芯片实现1

3、3历时钟和和液晶驱动芯片完成液晶显示功能。很明显，电能表的现有分立设计方案存在硬件电路复杂、可靠性差、集成度低、生产效率低以及成本居高不下。随着海外智能电网的兴起和发展．海外电能表市场对智能电能表性能的要求进一步提高，同时对成本和尺寸的要求也越来越高，因此现有分立设计方案已经不能满足新型智能电能表的最新需求[21。另一方面，随着片上系统(SystemonChip。SoC)技术的日益成熟以及在各个行业的发展与应用。电表行业也已经将模数混合的SoC芯片引入智能电能表的设计[31。针对以上问题并结合智能电能表的技术发展趋势，本文采用SoC方案

4、设计了一款高精度、低成本、低功耗的单相智能电能表，并且与传统分立设计方案相比，该技术方案价格优势明显。性价比高。SoC芯片片内集成32一bitARM内核、128Kflash、8KSRAM，支持断相防窃电功能的硬件能量计量单元(EnergyMeasurementunit，EMU)模块，带有温度自补偿功能的高精度实时时钟(Real—TimeClock，RTC)模块，以及LCD驱动等外设资源，从而利用一颗这样的芯片就可以实现电能表的计量、时钟、LCD显示和数据管理等功能。一37—《仪器仪表与分析监测》2016年第4期1系统组成及工作原理1．1

5、系统组成本设计主要由表计主控芯片部分(SoC)、液晶显示模块、存储模块、射频(RadioFrequency．RF)通讯模块、近红外通讯模块、脉冲输出管理模块、电源模块、电流互感器电流采样电路、锰铜分流器电流采样电路、电压分压电压信号采样电路等部分构成。系统以SoC芯片HTS017为控制核心，配合相应的功能模块完成电参数测量等功能。其硬件原理框图如图1所示。电压分压电压信号采样电路电流互感器电流信号采样锰铜分流器电流信号采样电源模块表计主控芯片(SoC)脉冲输出模块图1硬件原理框图存储模块液晶显示模块近红外通讯模块RF通讯模块1．2工作原

6、理本设计采用集成度、功能强大的SoC芯片方案，其工作原理如下：利用SoC芯片内部集成的3路高精度模数(Analogtodigital，AD)转换器对火线电流(锰铜回路)、零线电流(电路互感器回路)、电压分别采样，将其量化转换为数字信号，然后通过相应数学计算完成对电参数测量、电能量累计等工作及脉冲输出：通过SoC内部集成的LCD驱动器驱动外部液晶显示电表的相关状态信息及用户需要的电参数数据；SoC内部有3个串El，完全可以满足RF通讯，近红外通讯等通讯接口的要求．非常容易实现用户和智能电表之间的数据交互；由存储模块存储电表配置参数、电量数

7、据、负荷曲线与事件记录信息；通过soC内部丰富的普通输入输出(Commoninputandoutput，GPIO)口和中断资源完成编程按键查询、一38一开盖检测报警输入和背光控制和发光二极管(LightEmittingDiode，LED)脉冲输出等功能；电池模块用来支持停电显示功能。2HT5017芯片的工作原理2．1HT5017的特点[41主控芯片HT5017是低功耗、高性能的单相电能计量SoC芯片，片内集成32一bitARM内核、128Kflash、8KSRAM．支持断相防窃电功能的硬件EMU模块，带有温度自补偿功能的高精度RTC模块

8、，以及LCD驱动等功能。2．1．1HT5017基本特点1)工作电压范围：2．0V～5．5V：2)工作温度范围：一40℃。850C：3)无铅绿色封装：低轮廓四方扁平封装(LowrofileQuadFlatPa