程庆钿

【关键词】集中式智能控电 MSP430 单片机 系统设计

集中供电的管理方式总体上经过了以下三个阶段。第一个阶段是传统的刀闸和断路开关。第二个阶段是老式电度表和IC卡电表阶段。第三个是配电柜和智能控电系统阶段。智能控电系统是最新的集中供电管理方式，使用成熟的单片机来作为系统终端，然后通过上位管理系统组成智能型联网管理系统。智能控电系统可以更加方便、准确、及时的进行用电计量和管理。

1 硬件电路设计

1.1 控电系统总体方案

控电系统的终端分散在每一个用电单元之上。用电单元的用电信息通过控制系统终端上传到上位计算机，上位计算机使用用电控制参数来对用电单元的用电情况进行计量控制。同时，上位计算机则把用电信息上传到供电系统管理中心，管理中心的人员通过上位计算机传来的数据对整体的供电系统进行实时监测。如果发现了恶性负载等问题，管理中心人员可以及时发现，然后进行断电、恢复供电等操作。管理中心的计算机还能够自动汇总所有信息，生成报表，建立缴费系统，实现快捷方便的管理模式。智能控电系统总体方案详见图1。

1.2 控电系统终端总体结构

由于供电系统中，用电终端承担着收集用电单元信息的责任，有着较多的功能，所以也就需要更加可靠的结构。这里推荐使用TI公司的MSP430FE425单片机来作为终端主芯片。这种芯片的使用可以有效的减少系统复杂度，提高可靠性。这种单片机是MSP430系列单片机的新型号，主要有以下几个特点。

（1）这种单片机的结构体系是16位的RISC结构，这种结构之下，处理速度得到了显著提高。

（2）这种单片机的能耗非常低，在3V之下电流保持在0.1到400毫安之间，工作电压保持在2.7伏到3.6伏之间。

（3）这种单片机的存储量比较大有512RAM和16KFlash，程序编制更加高效

（4）单片机有丰富的外围模块，这些外围模块可以提供更多的功能。比如FLL+时钟系统，LCD驱动器，实时时钟等。

（5）这种芯片直接把ESP430-处理器嵌入到单片机内部，提供内部通信机制。这就使得这种型号的芯片不需要专门安装电量计量芯片，简化了电表的硬件，方便了用电控制。

控电系统终端主要包括了以下几个部分。继电器控制模块、液晶显示屏模块、RS485通信接口、传送控电参数、电源模块等。

1.3 电能计量模块ESP及计量原理

电能计量模块ESP能够直接嵌入到单片机之中，整合了电能计量的功能，这个模块拥有独立的MCU特征，主要包括了内部参考发生器、数字信号处理器、AD转换器等，可以实现防窃电的功能。这个模块与单片机CPU的数据交换是通过邮箱终端机制来完成的，计量结果被储存在寄存器之中，MSP439CPU从中提取数据。

2 软件程序设计

2.1 软件设计思想

控電系统终端使用的软件要贴合其具体的用途。控电系统的终端主要是在各用电单位实现第一级的信息收集，实时监控用电单位的用电数量，并且对可能出现的危险情况进行及时的预警，技能够向管理中心报警，也能够及时的通知用电单位。所以，控点终端软件的主要功能就是与管理中心系统的数据交换与数据采集。MSP430系列的单片机集成度比较高，开放性强，功能丰富，适合于C语言的程序设计。而且C语言的开放性比较强，产生的资料便于向其他平台移植，兼容度高。在系统设计中，可以把不同的程序功能划分为不同的模块，让程序设计更加清楚，便于扩展功能的实现。

2.2 控电终端系统设计

控点终端的程序设计要按照模块化来运作。主要的模块分别负责以下几个功能。

首先，通信模块要实现用电单位控点终端与控制中心计算机的顺畅沟通，同时通信要按照通讯规约来实现。控制中心计算机能够正常获取用电单位的用电信息。终端程序的显示模块要清楚的展示出用电单位的用电量、用电规律、用电高峰及总的用电时间。控制中心要根据这些数据来进行用电量统计，来为未来的供电工作提供依据。

恶性负载识别的功能是在某个用电单位短时间内用电量突然增大所采取的紧急措施，以防止电流激增造成供电系统压力过大，影响用电安全。一般来说，恶性负载都有一个设定参数，如果超过了这个标准就会进行暂时断电，然后再恢复供电。如果情况反复出现，那么控制中心将直接断电。

3 结论

基于MSP430单片机的集中式控电系统对于电力系统的稳定安全有着非常重要的意义。在用电情况更加复杂的新形势下，集中式控电系统是比较有效的解决方案。本文从硬件电路设计和软件程序设计两方面探讨智能控电系统的设计方法。硬件电路设计要注意控电系统终端的硬件设计方案，对于电能计量模块和计量原理要进行深入的探究。而软件程序设计怎样注重软件设计基本思想，为软件设计建立结构基础。

参考文献

[1]蒋建明，史国栋，李正明，史兵，宦娟.基于无线传感器网络的节能型水产养殖自动监控系统[J].农业工程学报，2013.

[2]葛益娴，杨博，张加宏，吴雨生.基于MSP430单片机的低功耗智能轮胎监测系统设计[J].科学技术与工程，2013.