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基于新型多MCU系统的多功能电能表的设计
发布时间:2018-04-29 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]每个MCU只需两条I/O口线如P2.2、P2.3分别与SDA、SCL总线相连即可，MCU1和MCU2分别用做控制和计算的微控制器，通常用数字信号处理器（DSP）执行复杂算法的计算，图5中MCU2的P2.2、P2.3线仅代表普通I/O口。另外，为了更好的协调对插件电感I2C总线资源的使用，我们设计了两条I/O口线P2.0、P2.1用来在两个MCU之间传递I2C 总线的使用信息，以达到提高多个MCU之间数据共享效率的目的。MCU1作为I2C 总线的主器件时，P2.0输出高电平以通知MCU2此时I2C 总线正被占用，使用完毕将P2.0电平置低，此时MCU2的P2.1检测到电平跳变则判断出I2C 总线处于空闲可用状态。同样，MCU2作为I2C总线的主器件时，也从P2.0输出高电平来通知MCU1此时I2C 总线正被占用，使用完毕将其置低，由MCU1的P2.1引脚根据电平跳变决定何时可以使用I2C 总线。这样，无论何时铁电存储器都可以处于被访问状态，充分发挥了无读写延时的优点，很大程度上提高了数据采集单元和FFT运算单元之间数据交换的实时性。
这种新型多MCU系统构建方案与双口RAM的多MCU系统相比，既没有数据共享冲突，也没有读写延时的缺点，而且接线简单，数据保护可靠，读写效率高，器件数量少，从多方面提高了可靠性，尤其适用于对数据处理实时性和可靠性要求高的电能计量和质量监测装置。
3. 基于新型多MCU系统的多功能电能表的硬件结构设计
为了合理的对谐波污染源进行考核和治理，有必要对基波电能和各次谐波电能及其传递方向进行计量，那么具备电能计量和质量监测的多功能电能表必须能够在进行高速、实时数据采集同时执行快速傅立叶变换，从而达到谐波分析的目的。要实现这些功能，通常采用多MCU系统，把控制和数据处理的功能进行分离，以充分发挥各个微处理器MCU的功能。在此，考虑到数据采集的实时性要求和运算量大的需要，由MCU1负责对数据采集、滤波、A/D转换、LCD显示等单元进行控制，以及远程抄表通信，采用MCS51系列单片机就可以完成上述功能；由MCU2负责对采集到的数据进行FFT变换并计算各类电能指标数据，算法复杂运算速度问题尤其突出，需要采用数字信号处理器（DSP）。硬件连接原理图如图6所示。
其中，MCU1的P0口作为数据采集通道接收经过A/D转换的数字信号，W、R作为读写控制，P2.7和P3.3分别作为数共模电感器据转换启动和数据接收中断启动信号控制引脚，串行口作为远程自动抄表的通信接口（可扩展红外无线通道），P1口作为液晶显示器（LCD）的数据口，P2.3、P2.4、P2.5用于LCD的显示控制引脚，P2.2、P2.3分别接I2C 总线的SDA和SCL，P2.0、P2.1作为双MCU之间数据共享协调通道。MCU2主要用做运算，掉电时数据保护显得十分重要，因此以外部中断作为FM31256芯片的掉电监测输出信号的输入端，随时进行中断数据保护处理。
这个系统与采用双口RAM的多MCU系统相比，接线简单，数据交换速度高、实时性好，数据保护可靠。另外，由于FM31256芯片集成了实时时钟、看门狗、掉电保护中断等单元，因而系统以较少的器件数量增加了电能峰、平、谷期分时计费，防止程序跑飞和系统掉电欠压数据保护等功能，很大程度上提高了可靠性。
4. 结束语
为了对谐波污染源进行合理的考核和治理，电感厂家有必要计量基波和各次谐波电能，实现这个电能计量和质量评估方案的关键，是研制能够进行谐波分析的多功能电能计量监测装置，该装置能够在高速、实时采集数据的同时进行快速傅立叶变换分析和对各项电能指标进行计算、显示。显然，设计基于多MCU系统的多功能电能表十分必要。
本文提出了一种基于I2C总线的新型多MCU系统的构建方法，应用读写快速、数据保护可靠、符合I2C总线标准的铁电芯片(FM31256)作为多MCU系统的实时数据共享模块，以I2C总线作为数据交换通道传递采集到的电量数据、加工过的电能数据以及实时时钟数据。这种方法接线简单，数据共享访问高速、无读写延时、数据保护可靠并且元器件集成电感器封装度高，是一种高效可靠的多MCU系统解决方案，电感生产厂家能够很好的发挥多MCU系电感器生产统中各个MCU的功能，在实时测控领域中具有很高的应用价值。同时，用这种多MCU系统设计的多功能电能表装置体积小，芯片集成度高，工作稳定可靠，很好的满足了电量数据采集、处理的高速实时性和可靠性的要求，为实现具有谐波分析功能的电能计量和质量监测提供了先进的技术手段。扎根华南印刷市场锤炼标签印刷精品展中国于金融危机后领先复苏．我国标签的应用市场随包装及零售业的迅速发展 带动了标签印刷及包装印刷企业对先进的标签材料及印刷设备的庞大需求。据有关资料统计显示．201 5年亚
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