基于MSP430F449单片机的多功能复费率三相

　　DS3231 的INT端口向单片机可以提供周期为1s的中断信号，单片机系统将根据该信号通过I2C通讯接口读取具体的时间日期数据，从而实时地计算出需量和各个时段的费率。另外，DS3231的32KHZ端口可以提供精确的32KHZ的脉冲信号，可以用来接受电力部门的相关实验测试。当停电时，时钟电路的备用电池将保证时钟芯片能够继续精确计时直至供电恢复。

　3.4 通讯模块设计

　　本设计中主要采用了三种通讯方式来实现抄表功能，分别是：RS-485,红外传输和GPRS方式。

　　考虑到电能表会安装在户外，因此需要在RS-485总线接口上加上避雷的保护措施。我们采用的RS-485接口芯片是TI公司的SN65LBC184芯片，通过光耦NEC2501和单片机系统进行隔离，从而防止遭遇雷击时，对整个系统造成破坏。

　　传输的数据调制到30KHz～40KHz的载波上再进行发送。MSP430F449单片机的管脚P1.5/ACLK可作为系统的低频辅助时钟输出口，可通过通用的32.768KHz时钟晶振直接驱动，无须采用额外的外部元件。利用P1.5驱动三极管产生频率为32.768KHz的载波。通过单片机的UART口的TXD脚驱动另一个串联的三极管进行二进制数据信号“0”和“1”的传输，从而达到红外数据发送的功能。在红外接收部分，利用红外一体化接收模块TSOP1838解调高频红外信号。当 TSOP1838接收到高频红外信号时，接收管输出低电平;当TSOP1838没有接收到高频信号时，接收管将输出高电平。经接收管红外解调后的数据通过 UART口的RXD管脚输入单片机进行相应的处理。

另外一种抄表方式是通过GPRS模块远程抄表。本设计中采用的GPRS模块为SonyEricsson公司的GR47模块。GR47是带有GSM/GPRS全套语音和数据功能的先进无线模块，具有体积小，功能全面的特点。它内嵌TCP/IP协议栈，从而可以最大程度的缩短GPRS产品的研发周期。GR47提供了3个UART端口用来和MCU进行通讯，因此可以通过MSP430F449的另一个UART端口对GR47模块进行控制，其控制命令为标准的AT指令。通过GPRS抄表可以方便地获得各个电能表中的数据，同时也可以对电能表进行广播校时。需要指出的是，GR47的峰值耗电电流为2A，所以需要在GR47的供电端加上1000uF左右的电解电容，电源芯片也应满足相应的要求，在本设计中采用了LM1084稳压芯片，它可以提供高达5A的输出电流。

　　3.5 停电抄表电路设计

　　本系统中的电源模块为开关电源，因此当一相或者两相交流电断相时，开关电源仍能向系统供电。但如果三相交流电全部断相时，系统的供电将会中断，因此需要考虑在停电后仍能抄表，同时要能对停电发生的时间进行记录。为了保证停电时，系统的核心部分仍能正常运行，我们采用了3.6V锂电池配合低功耗稳压芯片RH5RL30AA作为系统的后备电源，此外，在停电时单片机处于休眠状态，其他芯片的电源都通过三极管关断以降低功耗，经过测试，整个系统在休眠状态耗电电流小于10uA。当需要停电抄表时，系统可以通过按键中断唤醒，数据将会显示在液晶上以供抄表。

　　停电时是用电池作为电源，而正常供电时是使用开关电源作为电源。如何在电池供电和开关电源供电两者之间切换，这是一个需要考虑的问题，下面给出一个简单的方法来解决这一问题。开关电源供电电路经过稳压芯片稳压到3.3V左右，而电池供电电路经过稳压芯片稳压到3V左右，在两个电路的输出端都加上肖特基二极管5819，这样在正常供电时，由于开关电源供电电路的输出比电池供电电路高 0.3V，电池供电电路由于5819的反向不可导通将被切断供电;而在停电时，开关电源供电电路输出为0，电池供电电路在5819正向导通后将向系统供电。

在正常供电时，锂电池的电压可以由MSP430F449内部的12位 A/D采样获得，这样当电池电压低于3.3V时，可以通过电池充电电路对其充电，直到电池电压上升到达到锂电池充电限制电压4.2V时再停止充电。电池充电电路可以通过单片机IO口控制三极管开断稳压芯片输出来实现。

4 系统软件设计

　　下面介绍系统功能的软件实现：

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