用于电子式电能表管理平台的主控系统的制作方法

文档序号:6325363阅读:237来源:国知局
专利名称:用于电子式电能表管理平台的主控系统的制作方法
技术领域
本实用新型涉及一种用于电子式电能表管理平台的主控系统。
背景技术
现有的电子式电能表管理平台的主控系统一般由最小工作系统电路、参数存储电 路、液晶数显电路及通讯电路组成,其中最小工作系统电路仅包含一片运行速度比较慢的 单片机,程序直接存储在单片机内,无外扩储存空间,故可用的存储空间很小,而且单片机 本身资源所限,操作系统无法应用于该系统中,严重束缚软件功能的升级换代,其参数存储 电路采用一片非易失性铁电存储器FRAM,参数无冗余储存,且其与单片机之间的通讯模式 为IIC,传输时钟速率最高为1MHz,参数存储时间比较长,加大了参数存储电源电路的设计 难度,储能电容需用多个大体积的电解电容,其液晶数显电路采用分辨率为160*80的点阵 图形液晶屏,计量模块与管理平台间数据传输采用RS232通讯模式,影响液晶屏显示数据 的实时性,无法清晰保真地显示电能谐波波形,其通讯电路采用传统的RS485通讯和红外 通讯模式,电表数据的实时性和可靠性有待改善,无法实现以太网传输数据。从现有的电能 表管理平台的主控系统的构成可以看出其内存资源、外设资源均很少,无论从最小工作系 统电路还是液晶数显电路、参数存储电路及通讯电路,各方面性能都有待提高,而且无法使 用操作系统,使得系统的任务调度能力受到严重制约,以太网通讯功能、谐波保真显示等功 能都无法实现,使现有的电子式电能表管理平台无法满足市场特别是智能电网对电子式电 能表的新需求。

实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种软件编程灵活和硬件资源升级方便、能满足市场 特别是智能电网对电子式电能表新需求的用于电子式电能表管理平台的主控系统。本实用新型提供的这种用于电子式电能表管理平台的主控系统,包括最小工作系 统电路,参数存储电路、液晶数显电路及通讯电路,所述最小工作系统电路采用具有强大内 核及外设资源的高性能ARM9处理器作为主控芯片,外扩低功耗的NAND FLASH作为程序存 储空间,外扩SDRAM作为程序运行空间。所述主控芯片采用ATMEL (爱特梅尔)公司提供的32位高性能ARM9处理器 AT91SAM9G20 Jjfi^NAND FLASH 采用 SAMSUNG 公司提供的存储芯片 K9F5608Q0C-XIB0,所述 SDRAM采用MICRON公司提供的存储芯片MT48H16M16LF,所述参数存储电路采用2片非易失 性铁电存储器,实现参数的冗余存储,所述液晶数显电路采用分辨率为320X240的点阵式 双图层混合显示液晶屏,所述通讯电路包括红外接口、2路RS485接口、以太网RJ45接口和 光纤接口及USB接口。本实用新型由于采用具有强大内核及外设资源的高性能ARM9处理器作为其主控 芯片,其可以作为性能优越的LINUX实时嵌入式操作系统的硬件平台,外扩丰富的数据存 储资源,而参数存储电路采用2片非易失性铁电存储器,实现了参数的冗余存储,提高了参数存储的可靠性,同时参数存储芯片与主控芯片通过SPI 口传输数据,缩短了掉电参数存 储时间,减少了掉电存数供电电路的储能电容的容值,提升了电路设计的可靠性,降低了设 计成本,液晶数显电路采用高速的数据传输通道,使波形特别是电能谐波波形得到不失真 的显示,通讯电路包括红外接口、2路RS485接口、以太网RJ45接口和光纤接口及USB接口, 实现了对电子式电能表的电量管理、事件监控、采集数据的实时显示和上传以及重要参数 的可靠保存。本实用新型充分利用了高性能ARM9处理器AT91SAM9G20的强大内核及外设 资源,结合目前电子式电能表的管理业务的需要,将LINUX实时嵌入式操作系统成功应用 于电子式电能表,既弥补了现有平台软件与硬件的缺陷,又满足了低功耗的设计理念,从全 方位增强了电子式电能表管理平台的软件编程的灵活度和硬件资源的升级水平,从而满足 了市场特别是智能电网对电子式电能表的新需求。

图1是本实用新型的工作原理框图。图2是本实用新型的工作原理图。
具体实施方式
图1是本实用新型的工作原理框图,包括最小工作系统电路、参数存储电路、液 晶数显电路及通信电路,其中最小工作系统电路是管理平台的核心控制电路,其与参数存 储电路、液晶数显电路及通讯电路均有数据上交互或控制关系,同时它还需读取计量模块 采样处理后的数据,由于其与各电路数据交互速度很快,所以该电路具备很强的数据处理 能力;参数存储电路可使电表在任何情况下可靠保存重要参数,确保电表数据的不丢失; 液晶数显电路是电子式电能表人机交互的窗口 ;通讯电路是电子式电能表与外界数据交互 的桥梁,通讯方式本身决定电表数据上传的实时性、便捷性和可靠性。图2是本实用新型的工作原理图,其中主控芯片、NAND FLASH和SDRAM构成了 其最小工作系统电路,主控芯片采用高性能ARM9处理器AT91SAM9G20,其主频最高可达 400MHz,可运行功耗仅为63mW,NAND FLASH采用SAMSUNG公司提供的16M字节的存储芯片 K9F5608Q0C-XIB0,其通过8bit数据总线与主控芯片AT91SAM9G20相连,其存储空间为主 控芯片的BANK3,SDRAM采用MICRON公司提供的32M字节的存储芯片MT48H16M16LF,其通 过16bit数据总线与主控芯片AT91SAM9G20相连,其存储空间为主控芯片的BANK1,NAND FLASH和SDRAM均是低电压工作芯片,使得该电路工作功耗仅为230mW ;参数存储电路的2 片非易失性铁电存储器FRAM共用一个SPI 口与主控芯片相连,只是片选信号区分为SPCSl 和SPCS2,所述非易失性铁电存储器FRAM具有超过10年的可靠数据保存、快速访问、无延迟 写入、几乎无限读/写次数及低功耗,由于采用SPI同步串口与主控芯片交互数据,时钟速 度比同类产品提高了 40倍,极大地缩短重要参数存储时间,对于电子式电能表而言,缩短 了掉电参数保存时间即可减少储能电容的容值,降低掉电存数电路的设计难度和成本,提 高了参数存储的可靠性,由于采用了 2片芯片冗余设计,重要参数可分别同时保存在2片芯 片内,实现了重要参数的可靠备份,提高电子式电能表上传数据的可靠性;液晶数显电路包 括数据的传输通道和数据的液晶显示两大部分,数据的传输通道主要指计量模块将处理后 的采样数据上传给主控芯片的途径,数据的液晶显示则指主控芯片将数据直接或处理后在液晶模块上有效显示,本实用新型数据主要源自经计量模块处理后的采样数据,通过SPORT同步串行口上传给主控芯片,数据上传时钟速率可达10M,提升了电能表管理平台与计量模 块的数据交互速度,增强了采样数据的实时性,主控芯片获得的数据通过时钟速率为3M的 并行总线传送给液晶模块,数显传输通道数据吞吐量大,使得液晶模块显示数据更保真,可 平滑显示各类波形,特别是电子式电能表需显示的谐波波形,液晶模块采用的是分辨率为 320*240的点阵式双图层混合显示液晶屏,其功耗低、分辨率高、对比度可编程调节、数据传 输速率高,无背光时功耗低于0. Iff,液晶模块通过3. 3V转1. 8V电平转换芯片与最小工作 系统电路相连,通过8bit数据总线与主控芯片相连,其存储空间为主控芯片的BANK5;通讯 电路的红外接口通过串行通讯口 USART3与主控芯片相连,其中远红外的发送需混频38KHz 的载波频率,通讯电路的2路RS485接口经过电平转换后通过USARTO、USARTl与主控芯片 相连,通讯电路的以太网RJ45接口和光纤接口通过主控芯片的以太网PHY接口与以太网 物理层芯片相连,如采用RJ45接口,通过变压器驱动,如采用光纤接口,则通过光纤模块驱 动,两种接口方式只能二选一,RJ45接口和光纤接口提高了上传数据的实时性,可以满足智 能电网提出的TCP/IP、IEC 61850等通讯协议的要求,提升了电子式电能表与电网设备特 别是监控设备的通讯能力,USB接口主要用于程序的在线升级,只需将装有升级程序的U盘 插在电子式电能表上,便实现了程序的升级。
权利要求一种用于电子式电能表管理平台的主控系统,包括最小工作系统电路,参数存储电路、液晶数显电路及通讯电路,其特征在于所述最小工作系统电路采用具有强大内核及外设资源的高性能ARM9处理器作为主控芯片,外扩低功耗的NAND FLASH作为程序存储空间,外扩SDRAM作为程序运行空间。
2.根据权利要求1所述的用于电子式电能表管理平台的主控系统,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处理器AT91SAM9G20,所述NAND FLASH采 用SAMSUNG公司提供的存储芯片K9F5608Q0C-XIB0,所述SDRAM采用 MICRON公司提供的 存储芯片 MT48H16M16LF。
3.根据权利要求1所述的用于电子式电能表管理平台的主控系统,其特征在于所述参 数存储电路采用2片非易失性铁电存储器FRAM,实现参数的冗余存储。
4.根据权利要求1所述的用于电子式电能表管理平台的主控系统,其特征在于所述液 晶数显电路采用分辨率为320X240的点阵式双图层混合显示液晶屏。
5.根据权利要求1所述的用于电子式电能表管理平台的主控系统,其特征在于所述通 讯电路包括红外接口、2路RS485接口、以太网RJ45接口和光纤接口及USB接口。
专利摘要本实用新型公开了一种电子式电能表管理平台的主控系统,包括最小工作系统电路,参数存储电路、液晶数显电路及通讯电路,所述最小工作系统电路采用高性能ARM9处理器AT91SAM9G20作为主控芯片,外扩低功耗的NANDFLASH作为程序存储空间,外扩SDRAM作为程序运行空间。本实用新型充分利用了作为主控芯片的ARM9处理器AT91SAM9G20的强大内核及外设资源,既满足了电子式电能表管理平台的升级需求,又满足了低功耗的设计理念,从全方位增强了电子式电能表管理平台软件编程的灵活度,且使其硬件资源的升级方便,以满足市场特别是智能电网对电子式电能表的新需求。
文档编号G05B19/04GK201765472SQ20102052650
公开日2011年3月16日 申请日期2010年9月13日 优先权日2010年9月13日
发明者冯喜军, 冯燕, 易龙强, 熊政, 黄深喜 申请人:威胜集团有限公司
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