電能計(jì)量IC配合閃存單片機(jī)實(shí)現(xiàn)靈活創(chuàng)新的電表設(shè)計(jì)

　　軟件中的電表設(shè)計(jì)對(duì)話框允許用戶輸入具體的電表參數(shù)。對(duì)于任意給定的電表生產(chǎn)批次，可以在生產(chǎn)時(shí)進(jìn)行自定義，為RMS或有功功率計(jì)算增大ADC量程。其他電表常量（例如空載閾值限制）也可以在生產(chǎn)電表時(shí)通過(guò)軟件/閃存接口簡(jiǎn)便地更改。

　　USB電表數(shù)據(jù)讀取/校準(zhǔn)

　　對(duì)于高級(jí)電表設(shè)計(jì)，電表所需的校正因數(shù)不僅在生產(chǎn)時(shí)在電表外部計(jì)算，而且還通過(guò)軟件和校準(zhǔn)設(shè)備在校準(zhǔn)期間進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)USB與電表校準(zhǔn)軟件進(jìn)行通信更符合實(shí)際需求，因?yàn)楝F(xiàn)在的許多PC已經(jīng)沒有曾經(jīng)普遍使用的RS-232串行端口。RS-232僅支持每次與連接到總線上的一個(gè)設(shè)備進(jìn)行通信。進(jìn)行電表校準(zhǔn)時(shí)，通常要控制10至50個(gè)電表的校準(zhǔn)電壓和電流。使用RS-232時(shí)，通過(guò)單個(gè)控制校準(zhǔn)的PC無(wú)法與多個(gè)電表進(jìn)行通信。

　　電表的USB監(jiān)視與校準(zhǔn)軟件具有一些優(yōu)于傳統(tǒng)串行與并行軟件解決方案的優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)包括：連接能力提高、通信帶寬更寬，以及可為多個(gè)電表供電。此外，使用USB還可以快速地從多個(gè)電表收集數(shù)據(jù)。

　　圖4顯示的是利用Microchip公司免費(fèi)的USB電表軟件通過(guò)前面介紹的閃存PIC18F和MCP3909電能計(jì)量IC示例進(jìn)行電表校準(zhǔn)和數(shù)據(jù)讀取。對(duì)于兩種方案，軟件的接口均支持RS-232/485和USB。

圖4 MCP3909三相電表校準(zhǔn)軟件

　　該開源USB軟件具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)功能，包括能夠存儲(chǔ)和讀取電表校準(zhǔn)狀態(tài)。閃存MCU中包含一些校準(zhǔn)狀態(tài)寄存器，軟件使用這些寄存器來(lái)標(biāo)記一些特定功率量是否已校準(zhǔn)。相校準(zhǔn)狀態(tài)使用$圖標(biāo)標(biāo)記，如圖4所示。這種校準(zhǔn)方式只能用于基于閃存的電表計(jì)算引擎，不能由基于ROM的電表IC執(zhí)行。此外，系統(tǒng)還會(huì)跟蹤哪相被選擇為標(biāo)準(zhǔn)相，用于在校準(zhǔn)期間進(jìn)行相間增益匹配。

　　為了幫助防止電表篡改行為，采用該方案時(shí)需要考慮的一個(gè)重要方面就是代碼安全性和加密。除了防止篡改外，可能還需要保護(hù)電表設(shè)計(jì)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）。針對(duì)特定客戶需求進(jìn)行修改之后，如果電表計(jì)算引擎中包含電表制造商希望針對(duì)最終客戶保護(hù)的IP，有一些選項(xiàng)可用于實(shí)現(xiàn)代碼安全性。

　　有一種安全性級(jí)別可以對(duì)存儲(chǔ)器算法進(jìn)行鎖定，禁止通過(guò)串行端口讀取一些存儲(chǔ)區(qū)的內(nèi)容。對(duì)MCU存儲(chǔ)器的一些區(qū)域設(shè)置讀寫鎖定，可以防止其他代碼部分（例如RS-485或USB部分）訪問受保護(hù)的區(qū)域，例如保存校準(zhǔn)和校正因數(shù)的那些區(qū)域。此外，還提供了標(biāo)準(zhǔn)的加密算法，例如高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）和微型加密算法2（XTEA）。

　　安全的協(xié)作式公用儀表設(shè)計(jì)

　　保護(hù)協(xié)作式公用事業(yè)計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的知識(shí)產(chǎn)權(quán)也是一個(gè)常見的挑戰(zhàn)，因?yàn)閷?duì)電表計(jì)算引擎進(jìn)行自定義會(huì)在設(shè)計(jì)中產(chǎn)生額外的IP。在公用儀表中，計(jì)量器設(shè)計(jì)事務(wù)所、軟件IP供應(yīng)商、傳感器模塊和OEM可能各自具有自己的IP，而最終的計(jì)量器中可能包含二至三種嵌入式MCU，每種具有不同的計(jì)量功能和特定于不同公司的IP。使用多種具有不同IP的器件會(huì)增加最終客戶和公用事業(yè)公司的成本。

　　可以將多個(gè)IP區(qū)域整合到單個(gè)器件中，同時(shí)對(duì)各個(gè)代碼區(qū)域進(jìn)行獨(dú)立保護(hù)，并將解決方案集成到單個(gè)16位MCU或數(shù)字信號(hào)控制器（DSC）中。這種在單個(gè)器件上整合IP的協(xié)作式方案可以保護(hù)各方的IP，并且可以較低的成本提供最終的產(chǎn)品。

　　電表設(shè)計(jì)的新選擇

　　今天，可供選擇的閃存MCU和模擬產(chǎn)品非常廣泛，這為電表設(shè)計(jì)提供了許多令人激動(dòng)的新途徑。近年來(lái)，出現(xiàn)了只有6個(gè)引腳的小尺寸閃存MCU，單價(jià)低于0.40美元，這為低成本的單相電表校準(zhǔn)提供了新的可能性。此外，采用模塊化的AFE計(jì)算模塊，還可以簡(jiǎn)便地開發(fā)更高端的16位和32位電表；這些模塊協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化的校準(zhǔn)技術(shù)和更快速的電表生產(chǎn)。采用△-∑ ADC技術(shù)的高精度、靈活的AFE，配合閃存MCU的智能，為創(chuàng)新性的單相和三相電表設(shè)計(jì)開辟了新的途徑。