專利名稱：用于電子式電能表管理平臺(tái)的主控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于電子式電能表管理平臺(tái)的主控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的電子式電能表管理平臺(tái)的主控系統(tǒng)一般由最小工作系統(tǒng)電路、參數(shù)存儲(chǔ)電 路、液晶數(shù)顯電路及通訊電路組成，其中最小工作系統(tǒng)電路僅包含一片運(yùn)行速度比較慢的 單片機(jī)，程序直接存儲(chǔ)在單片機(jī)內(nèi)，無(wú)外擴(kuò)儲(chǔ)存空間，故可用的存儲(chǔ)空間很小，而且單片機(jī) 本身資源所限，操作系統(tǒng)無(wú)法應(yīng)用于該系統(tǒng)中，嚴(yán)重束縛軟件功能的升級(jí)換代，其參數(shù)存儲(chǔ) 電路采用一片非易失性鐵電存儲(chǔ)器FRAM，參數(shù)無(wú)冗余儲(chǔ)存，且其與單片機(jī)之間的通訊模式 為IIC，傳輸時(shí)鐘速率最高為1MHz，參數(shù)存儲(chǔ)時(shí)間比較長(zhǎng)，加大了參數(shù)存儲(chǔ)電源電路的設(shè)計(jì) 難度，儲(chǔ)能電容需用多個(gè)大體積的電解電容，其液晶數(shù)顯電路采用分辨率為160*80的點(diǎn)陣 圖形液晶屏，計(jì)量模塊與管理平臺(tái)間數(shù)據(jù)傳輸采用RS232通訊模式，影響液晶屏顯示數(shù)據(jù) 的實(shí)時(shí)性，無(wú)法清晰保真地顯示電能諧波波形，其通訊電路采用傳統(tǒng)的RS485通訊和紅外 通訊模式，電表數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和可靠性有待改善，無(wú)法實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)。從現(xiàn)有的電能 表管理平臺(tái)的主控系統(tǒng)的構(gòu)成可以看出其內(nèi)存資源、外設(shè)資源均很少，無(wú)論從最小工作系 統(tǒng)電路還是液晶數(shù)顯電路、參數(shù)存儲(chǔ)電路及通訊電路，各方面性能都有待提高，而且無(wú)法使 用操作系統(tǒng)，使得系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度能力受到嚴(yán)重制約，以太網(wǎng)通訊功能、諧波保真顯示等功 能都無(wú)法實(shí)現(xiàn)，使現(xiàn)有的電子式電能表管理平臺(tái)無(wú)法滿足市場(chǎng)特別是智能電網(wǎng)對(duì)電子式電 能表的新需求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種軟件編程靈活和硬件資源升級(jí)方便、能滿足市場(chǎng) 特別是智能電網(wǎng)對(duì)電子式電能表新需求的用于電子式電能表管理平臺(tái)的主控系統(tǒng)。本實(shí)用新型提供的這種用于電子式電能表管理平臺(tái)的主控系統(tǒng)，包括最小工作系 統(tǒng)電路，參數(shù)存儲(chǔ)電路、液晶數(shù)顯電路及通訊電路，所述最小工作系統(tǒng)電路采用具有強(qiáng)大內(nèi) 核及外設(shè)資源的高性能ARM9處理器作為主控芯片，外擴(kuò)低功耗的NAND FLASH作為程序存 儲(chǔ)空間，外擴(kuò)SDRAM作為程序運(yùn)行空間。所述主控芯片采用ATMEL (愛(ài)特梅爾)公司提供的32位高性能ARM9處理器 AT91SAM9G20 Jjfi^NAND FLASH 采用 SAMSUNG 公司提供的存儲(chǔ)芯片 K9F5608Q0C-XIB0，所述 SDRAM采用MICRON公司提供的存儲(chǔ)芯片MT48H16M16LF，所述參數(shù)存儲(chǔ)電路采用2片非易失 性鐵電存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的冗余存儲(chǔ)，所述液晶數(shù)顯電路采用分辨率為320X240的點(diǎn)陣式 雙圖層混合顯示液晶屏，所述通訊電路包括紅外接口、2路RS485接口、以太網(wǎng)RJ45接口和 光纖接口及USB接口。本實(shí)用新型由于采用具有強(qiáng)大內(nèi)核及外設(shè)資源的高性能ARM9處理器作為其主控 芯片，其可以作為性能優(yōu)越的LINUX實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，外擴(kuò)豐富的數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)資源，而參數(shù)存儲(chǔ)電路采用2片非易失性鐵電存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)的冗余存儲(chǔ)，提高了參數(shù)存儲(chǔ)的可靠性，同時(shí)參數(shù)存儲(chǔ)芯片與主控芯片通過(guò)SPI 口傳輸數(shù)據(jù)，縮短了掉電參數(shù)存 儲(chǔ)時(shí)間，減少了掉電存數(shù)供電電路的儲(chǔ)能電容的容值，提升了電路設(shè)計(jì)的可靠性，降低了設(shè) 計(jì)成本，液晶數(shù)顯電路采用高速的數(shù)據(jù)傳輸通道，使波形特別是電能諧波波形得到不失真 的顯示，通訊電路包括紅外接口、2路RS485接口、以太網(wǎng)RJ45接口和光纖接口及USB接口， 實(shí)現(xiàn)了對(duì)電子式電能表的電量管理、事件監(jiān)控、采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和上傳以及重要參數(shù) 的可靠保存。本實(shí)用新型充分利用了高性能ARM9處理器AT91SAM9G20的強(qiáng)大內(nèi)核及外設(shè) 資源，結(jié)合目前電子式電能表的管理業(yè)務(wù)的需要，將LINUX實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)成功應(yīng)用 于電子式電能表，既彌補(bǔ)了現(xiàn)有平臺(tái)軟件與硬件的缺陷，又滿足了低功耗的設(shè)計(jì)理念，從全 方位增強(qiáng)了電子式電能表管理平臺(tái)的軟件編程的靈活度和硬件資源的升級(jí)水平，從而滿足 了市場(chǎng)特別是智能電網(wǎng)對(duì)電子式電能表的新需求。

圖1是本實(shí)用新型的工作原理框圖。圖2是本實(shí)用新型的工作原理圖。
具體實(shí)施方式
圖1是本實(shí)用新型的工作原理框圖，包括最小工作系統(tǒng)電路、參數(shù)存儲(chǔ)電路、液 晶數(shù)顯電路及通信電路，其中最小工作系統(tǒng)電路是管理平臺(tái)的核心控制電路，其與參數(shù)存 儲(chǔ)電路、液晶數(shù)顯電路及通訊電路均有數(shù)據(jù)上交互或控制關(guān)系，同時(shí)它還需讀取計(jì)量模塊 采樣處理后的數(shù)據(jù)，由于其與各電路數(shù)據(jù)交互速度很快，所以該電路具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理 能力；參數(shù)存儲(chǔ)電路可使電表在任何情況下可靠保存重要參數(shù)，確保電表數(shù)據(jù)的不丟失； 液晶數(shù)顯電路是電子式電能表人機(jī)交互的窗口 ；通訊電路是電子式電能表與外界數(shù)據(jù)交互 的橋梁，通訊方式本身決定電表數(shù)據(jù)上傳的實(shí)時(shí)性、便捷性和可靠性。圖2是本實(shí)用新型的工作原理圖，其中主控芯片、NAND FLASH和SDRAM構(gòu)成了 其最小工作系統(tǒng)電路，主控芯片采用高性能ARM9處理器AT91SAM9G20，其主頻最高可達(dá) 400MHz，可運(yùn)行功耗僅為63mW，NAND FLASH采用SAMSUNG公司提供的16M字節(jié)的存儲(chǔ)芯片 K9F5608Q0C-XIB0,其通過(guò)8bit數(shù)據(jù)總線與主控芯片AT91SAM9G20相連，其存儲(chǔ)空間為主 控芯片的BANK3，SDRAM采用MICRON公司提供的32M字節(jié)的存儲(chǔ)芯片MT48H16M16LF，其通 過(guò)16bit數(shù)據(jù)總線與主控芯片AT91SAM9G20相連，其存儲(chǔ)空間為主控芯片的BANK1，NAND FLASH和SDRAM均是低電壓工作芯片，使得該電路工作功耗僅為230mW ；參數(shù)存儲(chǔ)電路的2 片非易失性鐵電存儲(chǔ)器FRAM共用一個(gè)SPI 口與主控芯片相連，只是片選信號(hào)區(qū)分為SPCSl 和SPCS2，所述非易失性鐵電存儲(chǔ)器FRAM具有超過(guò)10年的可靠數(shù)據(jù)保存、快速訪問(wèn)、無(wú)延遲 寫(xiě)入、幾乎無(wú)限讀/寫(xiě)次數(shù)及低功耗，由于采用SPI同步串口與主控芯片交互數(shù)據(jù)，時(shí)鐘速 度比同類產(chǎn)品提高了 40倍，極大地縮短重要參數(shù)存儲(chǔ)時(shí)間，對(duì)于電子式電能表而言，縮短 了掉電參數(shù)保存時(shí)間即可減少儲(chǔ)能電容的容值，降低掉電存數(shù)電路的設(shè)計(jì)難度和成本，提 高了參數(shù)存儲(chǔ)的可靠性，由于采用了 2片芯片冗余設(shè)計(jì)，重要參數(shù)可分別同時(shí)保存在2片芯 片內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了重要參數(shù)的可靠備份，提高電子式電能表上傳數(shù)據(jù)的可靠性；液晶數(shù)顯電路包 括數(shù)據(jù)的傳輸通道和數(shù)據(jù)的液晶顯示兩大部分，數(shù)據(jù)的傳輸通道主要指計(jì)量模塊將處理后 的采樣數(shù)據(jù)上傳給主控芯片的途徑，數(shù)據(jù)的液晶顯示則指主控芯片將數(shù)據(jù)直接或處理后在液晶模塊上有效顯示，本實(shí)用新型數(shù)據(jù)主要源自經(jīng)計(jì)量模塊處理后的采樣數(shù)據(jù)，通過(guò)SPORT同步串行口上傳給主控芯片，數(shù)據(jù)上傳時(shí)鐘速率可達(dá)10M，提升了電能表管理平臺(tái)與計(jì)量模 塊的數(shù)據(jù)交互速度，增強(qiáng)了采樣數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，主控芯片獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)時(shí)鐘速率為3M的 并行總線傳送給液晶模塊，數(shù)顯傳輸通道數(shù)據(jù)吞吐量大，使得液晶模塊顯示數(shù)據(jù)更保真，可 平滑顯示各類波形，特別是電子式電能表需顯示的諧波波形，液晶模塊采用的是分辨率為 320*240的點(diǎn)陣式雙圖層混合顯示液晶屏，其功耗低、分辨率高、對(duì)比度可編程調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)傳 輸速率高，無(wú)背光時(shí)功耗低于0. Iff,液晶模塊通過(guò)3. 3V轉(zhuǎn)1. 8V電平轉(zhuǎn)換芯片與最小工作 系統(tǒng)電路相連，通過(guò)8bit數(shù)據(jù)總線與主控芯片相連，其存儲(chǔ)空間為主控芯片的BANK5;通訊 電路的紅外接口通過(guò)串行通訊口 USART3與主控芯片相連，其中遠(yuǎn)紅外的發(fā)送需混頻38KHz 的載波頻率，通訊電路的2路RS485接口經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換后通過(guò)USARTO、USARTl與主控芯片 相連，通訊電路的以太網(wǎng)RJ45接口和光纖接口通過(guò)主控芯片的以太網(wǎng)PHY接口與以太網(wǎng) 物理層芯片相連，如采用RJ45接口，通過(guò)變壓器驅(qū)動(dòng)，如采用光纖接口，則通過(guò)光纖模塊驅(qū) 動(dòng)，兩種接口方式只能二選一，RJ45接口和光纖接口提高了上傳數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，可以滿足智 能電網(wǎng)提出的TCP/IP、IEC 61850等通訊協(xié)議的要求，提升了電子式電能表與電網(wǎng)設(shè)備特 別是監(jiān)控設(shè)備的通訊能力，USB接口主要用于程序的在線升級(jí)，只需將裝有升級(jí)程序的U盤(pán) 插在電子式電能表上，便實(shí)現(xiàn)了程序的升級(jí)。
權(quán)利要求一種用于電子式電能表管理平臺(tái)的主控系統(tǒng)，包括最小工作系統(tǒng)電路，參數(shù)存儲(chǔ)電路、液晶數(shù)顯電路及通訊電路，其特征在于所述最小工作系統(tǒng)電路采用具有強(qiáng)大內(nèi)核及外設(shè)資源的高性能ARM9處理器作為主控芯片，外擴(kuò)低功耗的NAND FLASH作為程序存儲(chǔ)空間，外擴(kuò)SDRAM作為程序運(yùn)行空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電子式電能表管理平臺(tái)的主控系統(tǒng)，其特征在于所述主 控芯片采用ATMEL公司提供的32位高性能ARM9處理器AT91SAM9G20，所述NAND FLASH采 用SAMSUNG公司提供的存儲(chǔ)芯片K9F5608Q0C-XIB0，所述SDRAM采用 MICRON公司提供的 存儲(chǔ)芯片 MT48H16M16LF。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電子式電能表管理平臺(tái)的主控系統(tǒng)，其特征在于所述參 數(shù)存儲(chǔ)電路采用2片非易失性鐵電存儲(chǔ)器FRAM，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的冗余存儲(chǔ)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電子式電能表管理平臺(tái)的主控系統(tǒng)，其特征在于所述液 晶數(shù)顯電路采用分辨率為320X240的點(diǎn)陣式雙圖層混合顯示液晶屏。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電子式電能表管理平臺(tái)的主控系統(tǒng)，其特征在于所述通 訊電路包括紅外接口、2路RS485接口、以太網(wǎng)RJ45接口和光纖接口及USB接口。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電子式電能表管理平臺(tái)的主控系統(tǒng)，包括最小工作系統(tǒng)電路，參數(shù)存儲(chǔ)電路、液晶數(shù)顯電路及通訊電路，所述最小工作系統(tǒng)電路采用高性能ARM9處理器AT91SAM9G20作為主控芯片，外擴(kuò)低功耗的NANDFLASH作為程序存儲(chǔ)空間，外擴(kuò)SDRAM作為程序運(yùn)行空間。本實(shí)用新型充分利用了作為主控芯片的ARM9處理器AT91SAM9G20的強(qiáng)大內(nèi)核及外設(shè)資源，既滿足了電子式電能表管理平臺(tái)的升級(jí)需求，又滿足了低功耗的設(shè)計(jì)理念，從全方位增強(qiáng)了電子式電能表管理平臺(tái)軟件編程的靈活度，且使其硬件資源的升級(jí)方便，以滿足市場(chǎng)特別是智能電網(wǎng)對(duì)電子式電能表的新需求。
文檔編號(hào)G05B19/04GK201765472SQ20102052650
公開(kāi)日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2010年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者馮喜軍, 馮燕, 易龍強(qiáng), 熊政, 黃深喜 申請(qǐng)人:威勝集團(tuán)有限公司