新型单相防窃电电子式电能表

文章摘要：随着进入家庭的各类电器越来越多，民用电量剧增，受经济利益的驱使，窃电现象也日益严重[1-2]。而传统的电表不具备监测和预防窃电的能力，因此市场广泛需要防篡改的电能表。电能表计量电量，取决于电压、电流、功率因数三要素与时间的乘积，因此，只要改变三要素中的任何1个就能达到窃电的目的。常见的窃电手法主要有欠(失)压法窃电、欠(失)流法窃电、移相法窃电、扩大误差法窃电、绕越计量装置法窃电及高科技窃电等[3]。1 单相防窃电电子式电能表的工作原理1.1系统设计 MSP430系列单片机是美国德州仪器公司的一款超低功耗，16位RISC结构的单片机，具有丰富的外围模块和灵活的时钟源，其中数字控制振荡器D

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随着进入家庭的各类电器越来越多，民用电量剧增，受经济利益的驱使，窃电现象也日益严重[1-2]。而传统的电表不具备监测和预防窃电的能力，因此市场广泛需要防篡改的电能表。
　电能表计量电量，取决于电压、电流、功率因数三要素与时间的乘积，因此，只要改变三要素中的任何1个就能达到窃电的目的。常见的窃电手法主要有欠(失)压法窃电、欠(失)流法窃电、移相法窃电、扩大误差法窃电、绕越计量装置法窃电及高科技窃电等[3]。
1 单相防窃电电子式电能表的工作原理
1.1系统设计
    MSP430系列单片机是美国德州仪器公司的一款超低功耗，16位RISC结构的单片机，具有丰富的外围模块和灵活的时钟源，其中数字控制振荡器DC0可使器件从低功耗模式迅速唤醒，16位计数器和常数发生器使MSP430系列微控制器能达到最高的代码效率。这些特性特别适合电池供电，可大大延长电池寿命。MSP430F42x系列单片机配置有3个独立的24位Σ-Δ模数转换器，是适用于测量和计算二线或三线制的单相电能表的微控制器[4]，其构成的单相防窃电电子式电能表的功能框图如图1所示。

1.1.1 电源管理
　 图1中，除电池外，电源表的电源供给由两部分组成：一是由火线和零线的主电压提供电源，另一部分是供电CT从电流上取得提供电源,当进行移除主电压窃电时，电能表仍进行正常计量。电源管理的电路图如图2所示。

1.1.2 LCD显示
    MSP430F42x内部具有LCD驱动器，最多可驱动显示128段码，能很好地完成LCD显示功能，无需再扩展LCD驱动器,只要直接将液晶的各个脚与MSP430F42x对应的LCD驱动输出脚相连即可。
1.1.3 通信接口
　 MSP430F42x具有1个硬件通用异步/同步接收发送外围模块（USART0），用于串行数据通信。MSP430F42x单相防窃电电子式电能表可选择光学通信接口、RS-232/RS485接口或者两者兼有。
1.1.4 脉冲输出
    脉冲输出用来校表及计量，脉冲输出的电路由普通I/O加光耦隔离实现。
1.1.5 带温度补偿的实时时钟RTC
    实时时钟RTC可由单片机内部的定时器实现。内部的温度传感器可方便地实现温度的测量，实现对实时时钟RTC的温度补偿。

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1.2 总体工作原理
　 MSP430F42x单相防窃电电子式电能表的工作过程程中有2个关键值：外部电压（电网电压、供电CT产生或者两者共同起作用的电压）和电压有效值。当外部电压不存在时，电表在睡眠状态，仅保持RTC 运行和LCD显示。在外部电压存在的情况下，若电压有效值大于电网电压的最小极限值（80 V），则认为电网电压存在，电能表在正常计量状态,通过电流回路和电压回路的实际测量值计量；若电压有效值小于电网电压的最小极限值（80 V），则认为电网电压不存在，此时进入移除主电压防窃电测量状态。电压以这个地区的额定电压为准，电流以电流回路的实际测量值为准进行计量。
1.3 工作流程
　 电表进入工作状态后，在主程序中，程序循环查询标志，主要进行各种判断，判断操作模式是否异常模式、是否等于掉电模式、是否有新的能量产生标志、是否等于掉零线模式等，当有相应的标志位置出现时，则进行相应的处理或进入中断程序。在中断程序中，完成主要的计量工作。
2 多功能防窃电计量
　 多功能计量体现在电能表能够实现有功、无功、视在功率、功率因数、电流有效值、电压有效值、频率、相位等的测量。MSP430F42x单相防窃电电子式电能表很容易实现单相电能表以下防窃电的测量。

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