基于RENESAS半导体的单相远程费控智能电表设计

　　作为智能电网建设的重要一环，2009年10月，国家电网公司公布了智能电表新标准。新标准包括12个规范，细化了单相智能电表和三相智能电表设计、制造、管理和维护的各项指标。行业人士对新标准均给予了高度评价。“国家电网公司制定的标准已经走在了欧美各国的前面。”2010年，伴随智能电网规划和相关标准的相继推出和一些试点项目的陆续完成，预计中国智能电网市场将迎来井喷式发展。本文给出了基于RENESAS半导体公司的R5F212B8SNFP为MCU的一款新型单相远程费控智能电表的设计。

　　1系统功能设计

　　1.1总体结构

　　基于RENESAS半导体的单片机R5F212B8SNFP(以下简称2B8)完成单相远程费控智能电表设计，其功能：648k字节Flash闪速存储器，3k字节内部RAM，45个可编程CMOS I/O口，可选择上拉电阻，2个专用输入口，6个位定时/计数器，5个外部中断，23个内部中断，4个软件中断，7级中断结构，3个全双工串行通信口，16位硬件乘法器，片内高低速振荡器及时钟电路，2种低功耗电工作方式。是一个比较适合于国网智能电表开发的高性价比单片机。

　　该智能电能表功能设计主要包括9大模块：电压和电流检测，电能计量电路RN8209计量模块;64 K容量的串行存储24LC512存储模块;字符组合显示的HL9576液晶显示模块;内置温度补偿功能串行时钟RX8025T时钟模块;远程控制实现加密解密ESAM模块;红外IR无线通讯和RS485总线通讯电路模块;各种信息输出的输出电路模块;为各工作模块提供工作电源的电源模块;为各模块协调工件的主MCU 2B8控制模块。总体结构如图1所示。

　　1.2电能计量模块

　　远程费控智能电表电能计量采用国产RN8209芯片，精度高、可靠性强。RN8209能够测量有功功率、无功功率、有功能量、无功能量，并能提供2路独立的有功功率和有效值、电压电流有效值、线频率、过零中断等，可以实现灵活的防窃电方案。支持全数字的增益、相位和Offset校正。有功、无功电能脉冲分别从PF、QF管脚输出。内部的电源监控电路可以保证上电和断电时芯片的可靠工作。

　　提供串行SPI与MCU 2B8之间通讯。MCU可通过SPI口实时读取电表运行参数，在发生异常时，进行事件记录，等待远程主站系统的查询。

　　1.3通讯模块

　　本设计中主要采用了2种通讯方式来实现通讯功能，分别是：RS-485和红外IR传输。考虑到智能电表会安装在户外，因此需要在RS-485总线接口上加上避雷的保护措施。采用的RS-485接口芯片是ISL3152芯片，通过光耦NEC2501和单片机系统进行隔离，从而防止遭遇雷击时，对整个系统造成破坏。