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基于ARM芯片的网络化电能表设计

摘 要：本文简要介绍了一种基于嵌入式操作系统平台的网络化电能表，主要的硬件结构包括ARM核微控制器lpc2104，单相功率/电能计量芯片CS5460等。利用LPC2104的SPI三线串口控制CS5460，从中读取所测得的电流、电压及电能值，并能够通过嵌入式modem将数据传送到Internet上。
关键词：电能表；ARM；嵌入式实时操作系统

引言
目前，测量仪表正向网络化方向发展，每一个单独的嵌入式仪表都将成为Internet上的一个节点。本系统在ARM+RTOS的方式下实现了电子式电能表的网络化，硬件平台以ARM核微控制器LPC2104为核心，软件系统则是在mC/OS-II操作系统下开发的。

系统硬件设计
LPC2104是Philips公司推出的一款以ARM7TDMI-S为核心的32位微控制器。LPC2104内部集成了很多功能，包括128k字节的高速Flash存储器、双UART、多个32位定时器，以及SPI、I2C串行接口和RTC等。其中UART1带有完全的调制解调器接口，可以用于网络产品。
CS5460是Cirrus Logic 公司的单相功率/电能计量芯片，带有串行接口。CS5460集成度很高，里面包含了两个△∑ADC、高/低通数字滤波器、能量计算单元、串行接口和数字—频率转换器等。CS5460将它测得和计算出的结果分别保存在它的各个寄存器中，而能量值则通过脉冲输出给CPU，还可以驱动计度器。
该网络化仪表的工作原理是：首先由采样电路将输入的大电流/电压转化为CS5460能够接收的小电压信号。CS5460根据采样的电流/电压计算出电能，然后将电流、电压、电能和功率等通过三线双向串行接口传送给CPU(能量值通过脉冲输出)，CPU根据键盘的输入指令在液晶显示器上显示结果或者通过串口将结果传送到Internet上。LPC2104本身既作为CS5460的控制器，又作为嵌入式网关，实现了电能表的远程通信功能。本系统的硬件结构如图1所示。
CS5460只能接收小于150mV的小电压信号，在采样电路部分应选择适当的电流/电压互感器，将输入的电流/电压转换到CS5460能够接收的电压范围。
在电压采样电路中，取入的电压经过电压互感器降压、隔离，然后通过低通滤波。最后端的电容C1表现出很大的阻抗，用于取电压。电流采样电路比电压采样电路多了取样电阻R5。R5用于将从电流互感器出来的电流转换为电压。采