摘要：介紹一種基于CRYSTAL公司的電能計量芯片CS5460A設計智能電力控制終端，給出控制系統(tǒng)的總體結構設計，該系統(tǒng)對電流、電壓，以及電能進行測量、計算和儲存。其次，結合時鐘芯片DS1302，E2PROM存儲芯片X5045和讀卡器模塊ZLG500C，使系統(tǒng)能完成自動抄表、遠程付費、數據備份、自動斷電等功能，實現對電能測量自動化控制和數字化管理。
關鍵詞：CS5460A；ZLG500C；電能參數；智能電力控制

0 引 言
隨著智能家居時代的來臨，傳統(tǒng)的感應式電能表不但無法滿足自動化控制的需要，也為數字化集中管理帶來了不便。本系統(tǒng)的研究主要是針對智能家居的自動化、網絡化和數字化需求所提出的，使用CS5460A電能計量芯片與相關外圍芯片結合，不但實現了最基本的電能測量，還具有自動抄表、過載斷電等功能。本系統(tǒng)通過微處理器對整個系統(tǒng)進行控制，因此能夠用軟件的方法實現信息的采集、處理和存儲，大大簡化了儀器的整體結構。

1 系統(tǒng)硬件設計
l．1 系統(tǒng)的總體架構
為了使操作可視化，該系統(tǒng)采用鍵盤輸入，同時加入LCD，構成人機互動界面。為了更易于組建分布式電能管理系統(tǒng)，該電能表加入了標準的RS 485串行接口，將相關數據上傳至上位機進行統(tǒng)一管理。電能表的硬件是由MCU P89C61X2、C85460A、LCD、DSl302、X5045等所組成，其組成如圖1所示。
該系統(tǒng)的工作原理如下：由互感器電路及取樣電路將回路的電壓和電流信號轉換為最大有效值為250 mV的小電壓信號。CS5460A根據采樣電路輸入的電壓電流算出電能，然后把電壓、電流和功率存入E2PROM再由串行差分總線RS 485傳送給CPU，CPU將數據進行處理后顯示在LCD上。同時可以根據DSl302內的時鐘信息，定期將用電數據者通過RS 485串行接口把當月用電量傳給上位機。該系統(tǒng)中的E2PROM存有增益校正和偏移校正的系數以及相關的電能計量信息?？梢钥闯觯娔鼙淼臏蚀_與否取決于采樣電路的設計及電能計量芯片的性能。

1．2 采樣電路的設計
CS5460A的電壓通道和電流通道可與電阻分流器或互感器接口。其電流通道的可編程增益放大器(PGA)的增益可設為10 dB和50 dB，分別對應于最大有效值為250 mV和50 mV的交流信號輸入；電壓通道的最大有效值輸入為250 mV。由于CS5460A的∑-△型模／數轉換器采用過采樣原理，對高頻噪聲有較強的抑制，因而對輸入信號無需進行復雜的濾波器處理，引入阻容濾波電路反而容易引起相移。
圖2和圖3是電壓和電流的采樣電路。在圖2中，PT是變比為1:1的電流型電壓互感器，CT為變比2 000:1的電流互感器。取樣電阻R3，R4，R3，R6的阻值由被測信號的最大值決定。電阻R1，R2，R7，R8為電壓、電流模擬通道的輸入保護電阻。原理圖中R3=R4，R5=R6。經變換后的小信號以差模電壓的形式接到Cs5460A的模擬信號輸入端，減小輸入阻抗。由于互感器的使用引入可能造成輸入信號的相移，使功率測量的誤差增大。而CS5460A具有相位補償功能(可進行-2．4°～+2．5°的相位補償)，可以大大減小互感器相移所帶來的誤差的影響。

1．3 CS5460A的接口設計
CS5460A的串行口包括4條控制線：，SDI，SDO，SCLK，極易與微處理器連接。對其操作是通過傳輸命令字來實現的，CS5460A的命令字包括寄存器讀寫、校準等在內的7個命令字。具體來說，一個數據的傳輸總是從向串行接口的SDI發(fā)送8位命令字開始的，當命令中包括一個寫入操作時，在其后有24個行數據。當發(fā)出一個讀取命令字時，串口將根據發(fā)出的命令，在其后的8，16，24個SCLK周期從SDO引腳上串行輸出寄存器內容。

CS5460A的數據輸入SDI、數據輸出SDO、串行時鐘SCLK、片選、分別MCU與MC的PO．0，P0．1，P0．2，P0．4相連，復位端RESET接P89C61X2的PO．3，測量之前要對CS5460A進行復位。
引腳用來通知系統(tǒng)轉換器轉換結束或出錯信息，這些事件包括芯片運行的狀態(tài)和內部故障狀態(tài)，與P89C61X2的INT0相連，低電平有效。狀態(tài)寄存器與屏蔽寄存器組合將產生信號，當狀態(tài)寄存器的某位有效，并且屏蔽寄存器相應的位是邏輯1，INT信號被激活；當狀態(tài)寄存器的這一位恢復為無效時，中斷狀態(tài)被清除，一般89C51每經一次計算周期通過中斷或查詢讀一次測量數據。CS5460A與89C51系列單片機的接口電路如圖4所示。