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国内统一刊号
CN31-1424
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TB
2016/6 总第256期
基于HT5017芯片的SoC单相智能电表
徐京生 / 华立科技股份有限公司
摘 要
采用 SoC 方案设计了一款高准确度、低成本、低功耗的单相智能电能表。该电能表采用
SoC 芯片 HT5017 作为控制核心。HT5017 是一颗低功耗、高性能的单相电能计量 SoC 芯片,片内
集成了 32-bit ARM 内核、128 K ash 和 8 K SRAM,其支持断相防窃电功能的硬件 EMU 模块,带
有温度自补偿功能的高准确度 RTC 模块以及 LCD 驱动器。该设计为单相多功能、防窃电电能表提
供了高集成的单芯片解决方案。小批生产结果表明,所设计的电表完全满足海外客户的技术要求,
具有广泛的市场推广价值。
关键词
SoC;电能计量;单相智能电能表;HT5017
0 引言
当前,通用的分立设计方案电能表一般采用微
控 制 器 单 元(Micro Control Unit,MCU) 加 专 用 计
量芯片、时钟芯片和液晶驱动芯片等外围器件的独
立芯片完成独立的计量、时钟、液晶显示(liquid
crystal display,LCD)和数据管理功能
[1]
。其中专用
的计量芯片完成电信号的测量和计量;MCU 通过通
信接口从计量芯片获取计量数据,并进行数据处理;
时钟芯片实现日历时钟;液晶驱动芯片完成液晶显
示功能。很明显,电能表的现有分立设计方案存在
硬件电路复杂、可靠性差、集成度低、生产效率低
以及成本居高不下等问题。
随着智能电网的兴起和发展,电能表市场对智
能电能表性能的要求进一步提高,同时对成本和尺
寸的要求也越来越高,因此现有分立设计方案已经
不能满足新型智能电能表的最新需求
[2]
。另一方面,
随着片上系统(System on Chip,SoC)技术的日益成
熟以及在各个行业的发展与应用,电表行业也已经
将模数混合的 SoC 芯片引入智能电能表的设计
[3]
。
针对以上问题并结合智能电能表的技术发展趋
势,本文采用 SoC 方案设计了一款高准确度、低成本、
低功耗的单相智能电能表。与传统分立设计方案相
比,该技术方案价格优势明显,性价比高。SoC 芯
片内集成 32-bit ARM 内核、128 K flash、8 K SRAM,
支持断相防窃电功能的硬件能量计量单元(Energy
Measurement Unit,EMU)模块,带有温度自补偿功
能的高准确度实时时钟(Real-Time Clock,RTC)模
块以及 LCD 驱动等外设资源,从而利用一颗这样的
芯片就可以实现电能表的计量、时钟、LCD 显示和
数据管理等功能。
1 系统组成及工作原理
1.1 系统组成
本文设计的单相智能电能表主要由表计主控芯
片部分(SoC)、液晶显示模块、存储模块、射频(Radio
Frequency,RF)通信模块、近红外通信模块、脉冲
输出管理模块、电源模块、电流互感器电流采样电路、
锰铜分流器电流采样电路、电压分压电压信号采样
电路等部分构成。系统以 SoC 芯片 HT5017 为控制
核心,配合相应的功能模块完成电参数测量等功能。
其硬件原理框图如图 1 所示。
1.2 工作原理
本设计采用集成度高、功能强大的 SoC 芯片方
案,其工作原理如下:利用 SoC 芯片内部集成的三
路高准确度模数(Analog to Digital,AD)转换器对
火线电流(锰铜回路)、零线电流(电流互感器回路)、
电压分别采样,将其量化并转换为数字信号,然后
通过相应的数学计算完成对电参数测量、电能量累
计等工作及脉冲输出;通过 SoC 内部集成的 LCD 驱