【導(dǎo)讀】MSP43O系列16位超低功耗單片機(jī)實(shí)踐與系統(tǒng)設(shè)[M]。ATT7022B的功能及其應(yīng)用技術(shù)研究。面廣，安裝位置分散且情況復(fù)雜?；敬蠖嗍亲庥妹穹浚捎谌狈唧w的監(jiān)測(cè)手段，基。由于沒(méi)有先進(jìn)的技術(shù)手段對(duì)此行為進(jìn)行監(jiān)督管理，光靠現(xiàn)有的管理手段，加之大多數(shù)人對(duì)竊電行為的嚴(yán)重性意識(shí)不足，認(rèn)為竊。該系統(tǒng)方案將供用電過(guò)程透明化，供用電信息實(shí)時(shí)化，從而能有效地防治竊電

　　

【正文】 4:基波無(wú)功電能脈沖輸出 ,其頻率反映基波的合相平均無(wú)功功率的大小 ,常用于儀表基波無(wú)功功率的 校驗(yàn) ,也可以用作基波無(wú)功電能計(jì)量。 CF4 也可配置為 PQS 視在電能脈沖輸出。 32NC 不連接 33VDD 電源內(nèi)核電源輸出 。外接 10F 電容并聯(lián) 電容進(jìn)行去耦 34VCC 電源，數(shù)字電源引腳；正常工作電源電壓應(yīng)保持在 5V177。 5%，該引腳應(yīng)使用 10uF 電容并聯(lián) 電容進(jìn)行去耦 35CS 輸入 ， SPI 片選信號(hào)，低電平有效，內(nèi)部上拉 200K 電阻 36 SCLK 輸入， SPI 串行時(shí)鐘輸入 (施密特 )，注意：上升沿放數(shù)據(jù)，下降沿取數(shù)據(jù) 37 DIN 輸入 ， SPI 串行數(shù)據(jù)輸入 (施密特 )，內(nèi)部下拉 200K 電阻 38 DOUT 輸出 SPI 串行數(shù)據(jù)輸出， CS 為高時(shí)高阻輸出 39 VDD 電源 ，內(nèi)核電源輸出 。外接 10uF 電容并聯(lián) 電容進(jìn)行去耦 40REVP 輸出，當(dāng)檢測(cè)到任意一相的有功功率為負(fù)時(shí)，輸出高電平；當(dāng)檢測(cè)到各相有功功率都為正時(shí)，該引腳的輸出又將復(fù)位到低電平 41VCC 電源，數(shù)字電源引腳；正常工作電源電壓應(yīng)保持在 5V177。 5%，該引腳應(yīng)使用 10uF 電容并聯(lián) 電容進(jìn)行去耦 42OSCI 輸入系統(tǒng)晶振的輸入端或是外灌系統(tǒng)時(shí)鐘輸入晶振頻率 43OSCO 輸出晶振的輸出端 44GND 電源數(shù)字地引腳 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 圖 27 ATT7022B 引腳圖 應(yīng)用示意圖 ATT7022B 的應(yīng)用示意圖如 28 所示。 圖 28 ATT7022B 的應(yīng)用示意圖石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 第 3 章 硬件部分 本章主要介紹硬件部分的各個(gè)模塊，這些模塊包括電源模塊及復(fù)位模塊， GPRS模塊的 GTM900， MSP430F149 單片機(jī)控制模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，報(bào)警模塊， LED 顯示模塊。 GPRS 模塊采用 GTM900 芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和故障診斷數(shù)據(jù)上傳 服務(wù)器，接收服務(wù)器和用戶數(shù)據(jù)，通過(guò)短信形式下達(dá)命令。數(shù)據(jù)采集模塊采用 ATT7022B 三相專用電能計(jì)量芯片，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)電壓電流電功率等采集。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊采用 FM24C512 芯片，保存打包的實(shí)時(shí)電參數(shù)和故障診斷數(shù)據(jù)。 LED 顯示燈顯示工作的正常與否。 總體方案的設(shè)計(jì) 基于 GPRS 非法用電報(bào)警系統(tǒng)是由三相專用電能計(jì)量芯片 ATT7022B、高性能單片機(jī) MSP430F14 GPRS 模塊 GTM900 和蓄電池參數(shù)采集四大部分及其它輔助電路，如 LED 指示燈、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 FM24C51 復(fù)位芯片 MAX706S、三端穩(wěn) 壓芯片PL1085ADJ 等組成，并可與上位機(jī)通過(guò) UAPT0 通信?？傮w硬件框圖如圖 所示。 圖 總體硬件框圖 微處理器 MSP430F149 通過(guò)握手信號(hào)線 SIG、復(fù)位控制線 RESET 和 SPI 口線實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)量芯片 ATT7022B 的控制和數(shù)據(jù)讀寫(xiě)，能夠讀取 ATT7022B 內(nèi)所有計(jì)量參數(shù)寄存器的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理，完成電參數(shù)數(shù)據(jù)采集；上位機(jī)可通過(guò) UART0與微處理器通信、修改 ATT7022B 內(nèi)寄存器參數(shù)、讀寫(xiě)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寄存器值，讀出蓄電池電壓 電流采集 MSP430 F149 ATT 7022B GTM900 上位機(jī) FM24C512 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 終端數(shù)據(jù) [11]；微處理器通過(guò) UART1 與 GPRS 模塊通信，并將故障診斷數(shù)據(jù)通過(guò)發(fā)送短信方式發(fā)送到固定手機(jī)上。 FM24C512 保存打包的實(shí)時(shí)電參數(shù)和故障診斷數(shù)據(jù)。蓄電池電壓、電流采集電路將蓄電池電壓和電流信號(hào)送入 MSP430F149 內(nèi)部 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行實(shí)時(shí)采集 。 電源模塊設(shè)計(jì) 終端內(nèi) ATT7022B 的工作電壓為 5V， MSP430F149 的工作電壓為 ， GTM900的工作電壓為 4V，存在 3 個(gè)不同等級(jí)的工作電源，故電源設(shè)計(jì)非常重要。為了提高電源的可靠性，電源模塊分為計(jì)量工作電源和微處理器工作電源 2 個(gè)部分。 計(jì)量工作電源 計(jì) 量工作電源電路如下圖 所示 圖 計(jì)量工作電源電路 蓄電池電壓 48V 經(jīng) DCDC 模塊 T1 變換為 后給三端穩(wěn)壓模塊 PL1085ADJ供電，輸出 5V 直流電壓供給計(jì)量芯片 ATT7022B。 DCDC 變換器 DCDC converter， 是指在直流電路中將一個(gè)電壓值的電能變?yōu)榱硪粋€(gè)電壓值的電能的裝置。 性能： ,無(wú)交流諧波分量 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 ,抑制能力強(qiáng) PL1085ADJ 是一款輸出電壓可調(diào)的輸入輸出壓差低的三端穩(wěn)壓模塊，壓差最小達(dá)到 ，輸出端口 Vout 兩端的電壓 U 計(jì)算公式為： （ 31） 式中 典型值為 ， 典型值為 ，應(yīng)用中 ， 為 100 ， （ 32） 微處理器工作電源 微處理器工作電源電路如下圖 所示： 圖 微處理器工作電源電路 蓄電池電壓 48V 經(jīng) DCDC 模塊 T2 變換為 后給三端穩(wěn)壓模塊 PL1085ADJ供電，輸出 5V 直流電壓供給三端穩(wěn)壓模塊 AS1111733,AS111733 穩(wěn)壓輸出 作為微處理器 MSP430F149 的工作電源。 AS1111733 是一款輸出電壓值確定的輸入輸出壓差低的穩(wěn)壓管，壓差典型值為1V。 圖 中的 VDD5 經(jīng)過(guò)圖 的穩(wěn)壓管 SPX29302 輸出 4V，作為 GPRS 模塊GTM900 的工作電源。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 復(fù)位模塊設(shè)計(jì) 復(fù)位電路如圖 所示，復(fù)位芯片 采用 MAX706S。 MAX706S 可實(shí)現(xiàn) 4 種功能：上電復(fù)位、電源電壓監(jiān)視、按鍵復(fù)位微處理器和軟件運(yùn)行情況監(jiān)視。 圖 復(fù)位電路 MAX706S 的電源為 V～ V，低電平復(fù)位輸出，復(fù)位門(mén)限為 V； 單片機(jī) 系統(tǒng)的工作電壓為 5 V，一般選用器件 MAX706S 作為監(jiān)控電路。 DSP 系統(tǒng)中主要工作電壓為 V，復(fù)位信號(hào)為低電平有效。綜合以上所 述，根據(jù)電源電壓和復(fù)位輸出信號(hào)，在 DSP 系統(tǒng)中可選用 MAX706S 作為監(jiān)控電路。 MAX706S 的引腳介紹。 MR： 人工復(fù)位輸入。當(dāng)輸入電壓低于 V 時(shí)，復(fù)位比較器輸出有效的復(fù)位信號(hào)。 Vcc：電源端。當(dāng) Vcc 低于復(fù)位門(mén)限電壓時(shí)，輸出有效的復(fù)位信號(hào)，并且當(dāng) Vcc 上升至復(fù)位門(mén)限電壓后，復(fù)位脈沖維持 200 ms。 GND：接地端。 PFI：門(mén)限檢測(cè)器輸入端。當(dāng) PFI 端的輸入電壓低于 V 時(shí)， PFO 端輸出低電平。 PFI 端不用時(shí)可與 GND 端相連。 PFO：門(mén)限檢測(cè)器輸出端。當(dāng) PFI 端電壓低于比較器門(mén)限電 壓 V 時(shí)， PFO 為低電平，否則為高電平。 WDI：看門(mén)狗電路輸入端。當(dāng) WDI 端信號(hào)維持高電平或低電平的時(shí)間超過(guò) s時(shí)，看門(mén)狗定時(shí)器溢出， WDO 端輸出低電平。 WDI 端的任何一個(gè)跳變都使定時(shí)器清石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 零。 RESET：低電平復(fù)位輸出端。受 MR 端和 Vcc 端控制，當(dāng) MR 端電壓低于 V或 Vcc 端電壓低于復(fù)位門(mén)限電壓時(shí)， RESET 輸出低電平復(fù)位脈沖。 WDO：看門(mén)狗電路輸出端。當(dāng)電源低于復(fù)位門(mén)限或看門(mén)狗定時(shí)器溢出時(shí)， WDO端輸出低電平，否則為高電平。 上電復(fù)位和電源電壓監(jiān)視 MAX706S 具 有監(jiān)視 V33 電壓的功能，當(dāng) V33 的電壓值低于 時(shí)， 會(huì)產(chǎn)生低電平，使微處理器復(fù)位。在上電或掉電的過(guò)程中， 會(huì)產(chǎn)生低電平 。 硬件復(fù)位和軟件監(jiān)視 硬件復(fù)位由按鍵實(shí)現(xiàn)，當(dāng)按鍵下按時(shí)， 輸出低電平，是微處理器復(fù)位。在微處理的控制下， MAX706S 作為看門(mén)狗可以防止微處理器的程序跑飛。如圖 所示，微處理器的 即 43 引腳每隔 1s 向 MAX706S 的 WD1 輸入喂狗信號(hào)，當(dāng)程序跑飛時(shí)，由于不能按時(shí)喂狗， MAX706S 的 輸出低電平，使 變成低電平，輸出低電平，使微處理器復(fù)位。在上述各種情況下， 輸出持續(xù) 200ms 的低電平。 電參數(shù)計(jì)量的設(shè)計(jì) ATT7022B 外圍硬件設(shè)計(jì) ATT7022B 是 一款 高精度 三相電 能專業(yè) 計(jì)量芯 片，集 成了 6 路二階SIGMADELTA A/D、參考電壓電路以及所有功率、能量、有效值、功率因數(shù)以及頻率測(cè)量的數(shù)字信號(hào)出來(lái)電路，能夠測(cè)量各相和合相的有功功率、無(wú)功功率、視在功率、有功能量以及無(wú) 功能量，同時(shí)還能測(cè)量各相電流、電壓有效值、功率因數(shù)、相角、頻率等參數(shù)，支持全數(shù)字域的增益、相位校正，即純軟件校表。有功、無(wú)功電能脈沖輸出 CF CF2 提供瞬時(shí)有功、無(wú)功功率信息，可以直接接到標(biāo)準(zhǔn)表，進(jìn)行誤差校正。電參數(shù)計(jì)量框圖如下圖 所示。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 Ua SIG Ub Uc RESET SPI Ia Ib Ic CF1 CF2 圖 電參數(shù)計(jì)量框圖 電網(wǎng)相電壓通過(guò)電阻分壓方式接入 ATT7022B 相電壓采集引腳，電網(wǎng)相電流通過(guò)錳銅電阻實(shí)現(xiàn)電流 /電壓轉(zhuǎn)換，接入 ATT7022B 電流采集引腳。 圖 給出了 A 相電壓采集電路， 和 接電網(wǎng) A 相電壓端口， V2P 和 V2N 接計(jì)量芯片 A 相電壓采集引腳， REFO 為計(jì)量芯片的 參考電壓輸出； 圖 給出了 A 相電流采集電路， V1P 和 V1N 接計(jì)量芯片 A 相電流采集引腳，REFO 為計(jì)量芯片的 參考電壓輸出。 B、 C 相電壓、電流采集電路與 A 相的類似。 圖 A 相電壓采集電路圖 圖 A 相電流采集電路圖 圖 給出了計(jì)量芯片 ATT7022B 的應(yīng)用電路， V2P 和 V2N、 V4P 和 V4N、 V6P和 V6N 分別為計(jì)量芯片 A、 B、 C 相電壓采集引腳； V1P 和 V1N、 V3P 和 V3N、 V5P和 V5N 分別為計(jì)量芯片 A、 B、 C 相電流采集引腳； REFO 是計(jì)量芯片的 參考電壓輸出，為相電壓、電流采集電路提供直流偏置。 電阻 分壓 方式 錳銅 電阻 ATT7022B MSP430F149 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圖 ATT7022B 應(yīng)用電路圖 為了使 ATT7022B 正常工作，在應(yīng)用過(guò)程中需要注意以下事項(xiàng)： （ 1）為保證測(cè)量精度、芯片第 5 腳 REFC 外接濾波電容應(yīng)盡量靠近管腳，走線粗短，遠(yuǎn)離其它 信號(hào)線。 （ 2） SEL 腳接高電平選擇三相四線接線方式，合相電能累加方式默認(rèn)為絕對(duì)值和。 （ 3） VDD 是由芯片內(nèi)部產(chǎn)生，外接濾波電容，不做它用。 ATT7022B 電源正常時(shí)， VDD 為 。 （ 4）當(dāng) REVP 為高電平時(shí)，說(shuō)明接線出現(xiàn)問(wèn)題 [12]。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 微處理器與 ATT7022B 之間的數(shù)據(jù)交換 ATT7022B 的接口電路 微處理器 MSP430F149與 ATT7022B的連接接口包括 SPI通信接口， SIG、 RESET。SPI 通信接口包括 CS、 SCLK、 DIN、 DOUT，其中 CS 為片選控制信 號(hào)，低電平有效；DIN 為串行數(shù)據(jù)輸入，用于主處理器發(fā)送數(shù)據(jù)到 ATT7022B； DOUT 為串行數(shù)據(jù)輸出，用于從 ATT7022B 讀取數(shù)據(jù)； SCLK 為串行時(shí)鐘，控制數(shù)據(jù)的傳輸速率，下降沿觸發(fā)通過(guò) DIN 寫(xiě)數(shù)據(jù)到 ATT7022B 寄存器，上升沿觸發(fā)通過(guò) DOUT 讀取 ATT7022B 內(nèi)部寄存器數(shù)據(jù)。 SIG 起到監(jiān)視 ATT7022B 運(yùn)行狀況的作用， RESET 起到復(fù)位 ATT7022B的作用 [13]。 由于計(jì)量芯片 ATT7022B 電源為 5V，微處理器電源為 ，因此，兩個(gè)芯片不能夠直接用線連接。為了解決電平匹