基于RISE3201的低压电力载波网络终端设计

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年第６期　中图分类号：ＴＭ７３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—２５５２｛２００８）０６—０１５５—０３　基于ＲＩＳＥ３２０１的低压电力载波网络终端设计　王　丽　，陈　越２，杨春燕　（１．黑龙江信息技术职业学院，哈尔滨１５００８６；　２．哈尔滨师范大学计算机科学与信息工程学院，哈尔滨１５００８０；　３．中国人民装甲兵技术学院，长春１３０１１７）　摘要：ＲＩＳＥ３２０１芯片是为智能仪表设计的专用ＳｏＣ芯片，具有８０５１指令兼容的高速微处理器、直序　扩频的载波通信等强大功能。现采用ＲＩＳＥ３２０１为主控器设计了载波终端（载波电表）的软硬件。　关键词：ＲＩＳＥ３２０１；电力载波；载波终端　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｏｗ—ｖｏｌｔａｇｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｃａｒｒｉｅｒ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＲＩＳＥ３　２０　１　ＷＡＮＧ　Ｌｉ　，ＣＨＥＮ　Ｙｕ　，ＹＡ　Ｇ　Ｃｈｕｎ—ｖａ　（１．ＨｅＨｏｎｇｊｉａｎｇＩｎｆｏｔｅｃｈ　Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈａｒｂｉｎ　１５００８６，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎ＃ｎｅｅｒ￣，Ｈａｒｂｉｎ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５００８０，Ｃｈｉｎａ；　３．Ａｒｍｏｒｅｄ　Ｆｏｒｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＰＬＡ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３０１１７，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ＲＩＳＥ３２０１　ｉｓ　ａ　ｍｕｈｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒｆｕｌ　ｃｈｉｐ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｕｓｅ　ＳｏＣ　ｃｈｉｐ　ｗｈｉｃｈ　ｄｅｓｉｇｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ　ａｐｐｅａｒａｎｃｅ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｒｔｉｅｒ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　ａｄｏｐｔｉｎｇ　ＲＩＳＥ３２０１　ａｓ　ｔｈｅ　ｍａｓｔｅｒ。　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＲＩＳＥ３２０１；ｐｏｗｅｒ　ｌｉｎｅ　ｃａｒｒｉｅｒ；ｃａｒｒｉｅｒ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　０　引言　随着全球范围能源危机的加剧，电力主管部门急　需一套高效能，高准确度，高智能化的集中抄表系统。　基于低压电力载波的集抄系统就是利用家庭电力线　算机可通过电话网或其它通信媒介对集中器发布设　置、广播命令或抄表命令，对集中器进行综合数据的　抄收，对集中器下的任一台载波终端进行招抄或通　断电控制，从而实现远程抄表和监控功能。低压电　力线载波自动抄表系统见图ｌ。　来传送电表的数据，其由于节省了大量的布线而具有　广阔的发展空间。然而由于我国在此起步较晚，虽然　在２Ｏ００年左右，国内已有几家公司生产了载波芯片，　但是其系统往往计量不准，稳定性不高，并且由于我　２　电力载波终端硬件设计　２．１载波终端的工作原理　用户每日所用的用电量（ｋＷ－ｈ），在电能计量模　块中经电能采样转换为载波芯片可以直接计数的脉　国地区经济的差异，也无法大量普及。因而，这些都　成为我国低压电力载波应用的瓶颈。　本文采用深圳瑞斯康公司２ＯＯ６年生产的ＲＩＳＥ３２０１　载波芯片，设计了小型化低成本，高集成性，高可靠性，　冲信号，载波芯片按照电能转换电路预置参数的不　同，将一定数量的脉冲数计量为ｌｋＷ・ｈ，这样不断自　动累加，同时，根据时段的不同，分为峰、平、谷三种　计量类型。在芯片的控制下，自动地完成每月的各　种电量计量。而集中器接收管理中心的信息，发出　抄读数据的命令，载波终端根据命令把芯片　收稿日期：２００８—０３—１２　高智能化，适于普遍推广的电力载波终端。　１　电力载波网络系统整体构成　用户现场可直接挂接电力载波电表，即可完成　电能的计量及数据存储、进行电力线载波通信等功　能的操作；集中器挂接在同一台配电变压器下的电　力线上，根据设置的要求定时或随时通过电力线抄　收台变下所有载波终端的测量数据并保存；主站计　作者简介：王丽（１９５４一），女，１９７７年毕业于天津大学电子仪器及测　量技术专业，副教授，主要研究方向为电子技术及通信　技术应用。　一１５５—　维普资讯 http://www.cqvip.com

图１低压电力线载波自动抄表系统框图　ＥＥＰＲＯＭ存储模块中存储的各种电量通过应用电路　内嵌的载波模块则完成数据在电力线上的收发。本　模块如载波模块，经电力线发送到集中器。如果载　文采用深圳瑞斯康公司生产的ＲＩＳＥ３２０１载波芯片。　波表接收的是断电命令，则控制继电器控制模块对　ＲＩＳＥ３２０１的主要特点：　用户断电，以实现远程监控。　内嵌双８位ＩＯＭＩＰＳ＠８０ＭＨｚ的高速ＭＣＵ，兼容　载波终端采用模块化设计方法，主要由以下８　８０５１；片内１０ｋＢ　ＳＲＡＭ；Ｍｅｍｏｒｙ接口可扩展１２８ｋＢ外　个部分构成：　部Ｆｌａｓｈ　Ｍｅｍｏｒｙ和１２８ｋＢ外ＳＲＡＭ；双内核ＣＰＵ具有　ＯＲＩＳＥ３２０１主控制模块。②电源模块。③电　６个１６位定时器、６个外部中断；两个软件可配　能计量模块。④ＥＥＰＲＯＭ数据存储模块。⑤继电器　置全双工多功能ＵＡＲＴ口，１个ＳＰＩ口、１个Ｉ２Ｃ串口　控制模块。⑥ＬＣＤ显示模块。⑦载波发送接收电路　通讯口；２４个软件可配置ＧＰＩＯ口；内置ＲＴＣ实时时　模块。⑧红外和ＧＰＲＳ接口。　钟上电、停电计时功能；采用ＢＰＳＫ调制解调技术；　载波电表总体结构图如图２所示。　电力线数据通讯波特率可达５．５ｋｂｐｓ；拥有多项自主　红外接口｝　Ｉ　ＧＰＲＳ接口　知识产权的ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｎ　Ｃｈｉｐ）设计；采用０．２５ｔｔｍ　超大规模数／模混合ＣＭＯＳ制造工艺；１２８一ｐｉｎ　ＬＱＦＰ　封装（１４×１４×１．４ｍｍ）；工作温度范围（工业级标　ＲＩＳＥ　ｊ　ＥＥＰＲＯＭ数据　准）一４０℃～＋８５℃。　３２０１　ｌ存储模块　（２）电能计量模块　主控制　ＬＣＤ显示　继电器控制　用户消费的电能量，必须先转换为数字信号才　模块　模块　模块　能被单片机接收与处理，这是电子式电表与机械式　电能计奄Ｉ　电表工作原理的区别所在。设计中采用美国ＡＤ公　模块　ｒ　司于近年推出的ＡＤＥ７７５５，是专用于功率／电能测量　ｖ３的低成本集成电路，其有功功率瞬时值从引脚ＣＦ　ｖ２以较高频率的方式输出，用于与ＭＣＵ的接口。　，　５Ｖ藤ｌ　电埔偎扶　　电力线　设计中脉冲常数为３２００ｉｍｐ／ｋＷ・ｈ，其意味着　３２００个脉冲就是１度电，一个脉冲就是１／３２００＝　图２载波终端总体结构图　０．０００３１２５度电。每次采样后采得的电能值在　２．２载波终端主要模块设计　ＡＤＥ７７５５的数字一频率转换器中累加转换，累计器　（１）ＲＩＳＥ３２０１主控制模块　内的电能值与门限值（每个脉冲的等效电能值）比　作为载波终端的核心，无论是来自电能采样部　较，如果超过门限值，则在输出端输出一个脉冲，每　分的脉冲计数、各种数据的处理，还是与集中器的信　一次产生脉冲后，从电能累加器存有的电能值减去　息交换，都是由载波芯片完成的。载波芯片将微处　门限值，剩下的电能值还存在累加器中。图３为　理器和载波模块集成在一起。其中微处理器由ＣＰＵ　ＡＤＥ７７５５电能计量模块应用连接图。　和数据存储器、程序存储器、Ｉ／０接口等内部模块构　（３）ＥＥＰＲＯＭ数据存储模块　成，完成对外来脉冲的计量、处理、存储，同时接收控　在日常生活中，随时会出现停电现象，载波芯片　制集中器的信息，并根据信息做出应答，且显示用户　中很多的重要数据（如用户的用电量、时段、费率等）　的用电情况以及控制继电器的通断电等。载波芯片　需要及时存储，否则，停电之后再来电会出现不可想　一１　５６一　维普资讯 http://www.cqvip.com ．＿］　口　击　Ｉ零线　零线　图３　ＡＤＥ７７５５电能计量模块应用连接图　象的后果。设计中专门设计有掉电存储电路，在掉　电检测电路检测到电源低于正常工作电压时，载波　芯片在很短的时间内，可将重要的数据及时存入外　部数据存储单元，等到下次来电运行，再从外部数据　存储单元调回载波芯片继续运行。设计中，采用　ＥＥＰＲＯＭ９３ＣＡ６来完成此功能。　９３ＣＡ６是采用ＣＭＯＳ工艺制成的三线制串行　ＥＥＰＲＯＭ。９３ＣＡ６是ｌｋ位串行ＥＥＰＲＯＭ储存器。每　一个储存器都可以通过ＤＩ／ＤＯ引脚写入或读出。它　的存储容量为１０２４位，内部为１２８×８位或６４×１６　位。９３ＣＡ６为串行三线ＳＰＩ操作芯片，在时钟时序的　同步下接收数据口的指令。指令码为９位十进制　码，具有７个指令，读、擦写使能、擦除、写、全擦、全　写及擦除禁止。该芯片擦写时间快，有擦写使能保　护，可靠性高，擦写次数可达１００万次。图４为　９３ＣＡ６与ＲＩＳＥ３２０１的连接图。　＋５Ｖ　图４　９３Ｃ４６与ＲＩＳＦ３２０１的连接图　３　电力载波终端软件设计　根据载波终端的功能，一方面是将用户电量存　储在芯片里，在电表运行期间，同时还应该在９３ＣＡ６　中存储相应数据。另一方面接收来自集中器的各种　信息，并对这些信息做出相应的处理。在主程序设　计时，还要考虑到作为多费率电表，必须累加并保存　用户各种费率下的电量，以供集中器调用。　单片机在上电后，应该首先判断电表供电是否　可靠，然后判断是否是第一次使用电表，接着　ＲＩＳＥ３２０１初始化，其主程序流程图如图５所示。由　流程图５可知，主程序采用了循环结构，在循环的过　程中，先调用读时间程序，判断目前所用电量在哪个　费率范围（为了不过度频繁地读时间，设计了一个循　环时间间隔，以便定时读取时间），根据读出的时间，　来判断时段、费率以及是否到抄表日，从而做出相应　的电量处理。如果到了抄表日，就将当前用户各费　率的总电量作为上月各费率总电量予以保存，本月　的各电量清零，然后重新计量本月电量。脉冲处理　子程序完成了脉冲计量和电量累加，并显示当前电　量所属费率。掉电和载波命令的处理则在每次循环　中都有，可通过对相应位的查询来判断，掉电处理能　及时地将重要的数据信息存入外部数据存储器，而　载波命令的处理则主要是对来自集中器的信息做出　及时的响应。在程序循环中刷新继电器状态，目的　是防止继电器误操作。　图５载波电表主程序流程图　（下转第１５９页）　一ｌ５７～　维普资讯 http://www.cqvip.com ＰＤＡ、带无线上网移动手提电脑等。主要是用此设　（２）信息显示：显示监控目标的方位（地理空间　位置）、时间、运动状态轨迹、速度、跟踪图像。　备当作载体，对采集到的视频数据进行远程传输。　１．３传输网络　（３）卫星状态指示：显示提供当前ＧＰＳ信息的　卫星位置以及信号强弱指示。　（４）ＧＩＳ地理信息系统（含电子地图功能）：显示　车辆在电子地图上的实时位置，以及通过地图缩放、　漫游、图层控制、查询、路径分析、鸟瞰、测距窗监控　系统的数据传输网络一般采用超短波网络传输　系统、中国移动的ＧＳＭ／ＧＰＲＳ网络与中国联通　ＣＤＭＡ２０００一ｌｘ公用移动通信网络实现视频、音频信　号的传送，目前正在试验开通的３Ｇ，ＴＤ—ＳＣＤＭＡ手　机与网络将提供更加快捷流畅的数据通道。　１．４监控管理中心　监控管理中心按照逻辑功能可以划分为数据接　收设备、数据存储设备（磁盘阵列）、数据处理服务　器、管理服务器、流媒体服务器、服务终端、互动指挥　系统及相关外围设备等。　（１）数据库服务器提供系统数据的集中管理服务。　（２）管理服务器主要负责与数据库交互，为整个　移动监控系统提供业务逻辑控制。　（３）流媒体服务器是移动流媒体业务平台的服务　器，是提供流媒体业务的核心设备，主要负责移动流媒　体录像的保存、实施流媒体转发和负载均衡控制。　等基本地图操作，分析现场的实际状况。　（５）车辆实时监控跟踪；现场车辆与指挥中心时　刻保持联系、互动，现场车辆的每一个小的运动都在　指挥中心掌握之中（包括：车辆的属性、行程跟踪、控　制状态、跟踪频率、四周道路情况等。　（６）历史行程跟踪：行程轨迹回放、通过定点／路　段／时间段进行行程查询等。　（７）空间分析。通过路径分析、鸟瞰、测距分析，　为决策提供支持。　３　主要应用　系统适用于、消防、交通、／市政监察、　抢险救灾等处置突发事件中。特别是系统的车体搭　２　ＧＰＳ／ＧＩＳ视频监控系统的工作原理　载了多种移动设备（对讲机、手机、ＧＰＳ、视频／音频监　控、计算机网络、ＵＰＳ等），“麻雀随小，五脏具全”，也　及主要功能　车辆在运行（或临时停止）过程中，车载终端通　过ＧＰＳ接收机获取卫星的定位数据，与摄像头采集　的视频实时图像，通过无线传输网络和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ与数　据服务器进行连接。数据服务器在接收这些数据　后，通过存储设备（或磁盘阵列）进行存储；同时接收　数据服务器将ＧＰＳ数据、视频数据、音频数据传输到　监控终端，与监控终端上的电子地图底图匹配，并在　地图上显示移动目标的正确位置，从而使监控终端在　显示移动视频的同时，也能清楚和直观地掌握移动目　标的精确位置。另外，还可以对移动目标的轨迹进行　查询以及空间分析操作，便于做出正确决策。　系统主要包括如下功能：　（１）移动视频：时实拍摄、传输、显示监控目标图　像的视频图像。　可以说它是一个高性能的可视移动指挥系统。　总之，随着３Ｇ移动网络的成熟以及下一代基　于ＩＰｖ６协议的通信网络的建立，移动信息的传输速　度和效率都会有很大的提高，逐步向着小型化、微型　化方向发展。相信，不久的将来将会有更多、更先进　的ＧＰＳ／ＧＩＳ技术的车载移动视频监控系统应用到相　关领域。这也将促进“数字化单人ＧＰＳ／ＧＩＳ技术的　视频监控综合应用系统”的衍生与快速发展。　参考文献：　［１］丰江帆，张宏，沙月进．ＧＰＳ车载移动视频监控系统的设计［Ｊ］．　测绘通报，２００７（２）．　［２］雷玉堂．移动视频监控系统在数字城市中的应用［Ｊ］．数字安　防。２ＯＯ７．　［３］朱得　移　视频监控技术及其在道路交通处置突发事件中的　应用…・道路交通与安全，　ｏｏ６（　）．　责任编辑：张荣香　岛　（上援第１５７贞）　信，２００３（１）：４７—５１．　［２］徐德军，等．用单片机实现远程自动抄表系统［Ｊ］．计算机应用，　２Ｏ０５（５）：１７—１８．　４　结束语　由ＳｏＣ芯片ＲＩＳＥ３２０１设计的具有载波通信功能　的智能仪表，在智能电表行业中得到了应用和推广。　其简单的接收、发射处理方式使应用程序设计十分方　便。同时灵活的ＩＳＰ编程方式，使产品升级换代和功　［３］张迎新．单片机微型计算机原理［Ｊ］．应用及接口技术，２ｏｏ６：１１６—１２６．　［４］　中华人民共和国电力行业标准．多功能电能表通信规约［ｓ］．中　华人民共和国电力工业部发布，１９９７．　【５　Ｊ　Ｍａｒｕｙａｍａ　Ｋ，ＫｕｓｈＩｒｏ　Ｎ，Ｍｉｎａｇａｗａ　Ｙ．Ａｎ　Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　Ｇａｔｅｗａｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ—　能扩展灵活；达到了低成本、高性能的设计指标。　参考文献：　［１］汤效军．电力线载波通信技术的发展及特点［Ｊ＿．电力系统通　ｌｅｒ　Ｆｏｒ　Ｈｏｍｅ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　Ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｍｅｔｅｒ　Ｒｅａｄｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．　Ｃｏｎｓｕｍｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００５　ＩＥＥＥ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　Ｏｉｌ，Ｊｕｎｅ　Ｓ一７．２００５：８８—８９．　责任编辑：张荣香　一１５９—