eng
Выпуск #8/2012
Ю.Сахно, М.Павлюк, М.Какоулин
Микроконтроллер К1986ВЕ21У компании "Миландр" для счетчиков электроэнергии
Микроконтроллер К1986ВЕ21У компании "Миландр" для счетчиков электроэнергии
Просмотры: 4322
Задача разработчика – создать электронное устройство, максимально удовлетворяющее требованиям потребителя. Это в полной мере относится к цифровым (интеллектуальным) счетчикам электроэнергии, которые вытесняют своих аналоговых конкурентов благодаря большому разнообразию микроконтроллеров, используемых в устройствах управления, их гибкости, многофункциональности, высокой точности и надежности, а также снижению стоимости счетчиков. Вот почему интересен 32-разрядный RISC-микроконтроллер К1986ВЕ21У для трехфазных счетчиков расхода электроэнергии ЗАО "ПКК "Миландр".
Теги: digital meters special features mcu к1986ве21у characteristics особенности цифровых счетчиков характеристики микроконтроллера к1986ве21у
Сегодня наиболее широко применяются трехфазные счетчики электроэнергии на микросхемах семейств 71М6533 и MSP430F471Х компаний Teridian и Texas Instruments, соответственно. Принципы построения модуля преобразования аналогового сигнала в цифровой (АЦП) – основного отличительного блока микроконтроллеров, предназначенных для счетчиков электроэнергии, – различны. Микросхема 71М6533 содержит встроенный модуль – "черный ящик", который выдает уже готовые измеренные значения тока, напряжения, мощности и других характеристик. Структуру модуля определяют набор параметров и калибровочные коэффициенты. Недостаток микросхемы – невозможность регулировки работы модуля. Опыт показывает, что часто возникает необходимость коррекции полученных результатов (фильтрации, коррекции нелинейности и др.), что затруднительно выполнить из-за низкой производительности основного ядра микросхемы.
Диаметрально противоположный принцип заложен в семейство микросхем MSP430F471Х. Разработчик счетчика получает на выходе АЦП микросхемы результаты измерений напряжения на входах. Программным способом они преобразуются в ток, напряжение, мощность и другие параметры. Казалось бы, у разработчика полная свобода действий, но и в этом случае есть большие минусы: сложность встроенных программных средств поддержки, что увеличивает вероятность ошибок счетчика; повышенные требования к ресурсам микроконтроллера.
Модуль АЦП микроконтроллера К1986ВЕ21У по своим характеристикам занимает "золотую середину" между рассмотренными выше устройствами. Разработчик может гибко настраивать модуль АЦП с учетом своих потребностей, получать в свое распоряжение как исходные измеренные значения напряжений на входах, так и готовые значения тока, напряжения, мощности и энергий. При этом основная нагрузка ложится на аппаратный модуль, а ядро микроконтроллера свободно для выполнения других задач. В то же время при необходимости производительность ядра легко позволяет преобразовывать полученные результаты без ущерба для остальных функций счетчика.
Основные особенности интеллектуальных счетчиков – обмен большим объемом информации через интерфейсы связи, учет большого числа параметров, формирование различных структур данных. В связи с этим к микроконтроллеру, на базе которого строится счетчик, предъявляются повышенные требования, особенно к производительности ядра и объемам флеш- и оперативной памяти.
Микроконтроллер К1986ВЕ21У выполнен на основе ядра ARM Cortex-M0, максимальная тактовая частота которого составляет 36 МГц, объем встроенной энергонезависимой флеш-памяти программ – 128 Кбайт, встроенного ОЗУ – 16 Кбайт. Память программ загружается через интерфейсы SWD и UART. Большие объемы флеш-памяти и ОЗУ позволяют реализовывать различные протоколы обмена данными, всевозможную обработку измеренных значений.
Основные достоинства ядра Cortex-M0 – 32-бит разрядность, низкое энергопотребление при высокой производительности, умножение за один такт. На фоне этого, Teridian и Texas Instruments не могут предложить ничего конкурентоспособного (см. таблицу). Рассматривать же микроконтроллер компании Teridian, в котором используется морально устаревшее 8-бит ядро 8051 в качестве основы интеллектуального счетчика, вообще невозможно.
Отметим еще характеристики, которые выгодно отличают микроконтроллер К1986ВЕ21У от конкурентов:
наличие 14 32-бит регистров аварийного сохранения данных в батарейном домене, благодаря которым полностью исключаютcя потери последних показаний накопленной энергии при отключении питания, воздействии импульсных помех и т.п.;
блок подсчета CRC с изменяемым полиномом уменьшает нагрузку на ядро контроллера, увеличивает скорость обмена данными по интерфейсу;
реализованная в батарейном домене функция контроля выхода COV_DET, позволяющая контролировать вскрытие крышки клеммной колодки счетчика даже в выключенном состоянии;
малогабаритный корпус LQFP64, благодаря которому упрощается конструкция счетчика и топологию его печатного узла, что особенно актуально для счетчиков, устанавливаемых на DIN-рейку.
Необходимо также отметить наличие последовательного отладочного интерфейса SWD, можно сказать, самого удобного сегодня инструмента для разработчика, благодаря которому значительно сокращается время и соответственно снижается стоимость разработки встроенного программного обеспечения.
На основе микроконтроллера К1986ВЕ21У разработан трехфазный счетчик электроэнергии Милур 304 (см. рисунок). Применение микроконтроллера позволило:
реализовать одноплатную конструкцию счетчика, пригодного для установки на DIN-рейку благодаря малым габаритам микроконтроллера и небольшому числу необходимых внешних компонентов;
выполнять сложные математические преобразования измеренных значений в реальном времени;
формировать и передавать через интерфейсы большие объемы данных;
контролировать вскрытие крышки клеммной колодки в выключенном состоянии.
Возможно несколько модификаций счетчика, отличающихся классом точности; значениями базового (номинального) и максимального тока; вариантом подключения к сети (непосредственно или через трансформатор); отсутствием или наличием интерфейса связи RS-485.
В настоящее время заканчивается сертификация счетчика Милур 304. Он соответствует ГОСТ Р 52320: при измерении активной энергии по класса точности 1 – ГОСТ Р 52322 или по классу точности 0,5S – ГОСТ Р 52323 (в зависимости от модификации), при измерении реактивной энергии по классу точности 1 или 2 – ГОСТ Р 52425.
Подробную информацию о микроконтроллере К1986ВЕ21У можно найти на сайте фирмы-производителя – ЗАО "ПКК "Миландр". ●
Диаметрально противоположный принцип заложен в семейство микросхем MSP430F471Х. Разработчик счетчика получает на выходе АЦП микросхемы результаты измерений напряжения на входах. Программным способом они преобразуются в ток, напряжение, мощность и другие параметры. Казалось бы, у разработчика полная свобода действий, но и в этом случае есть большие минусы: сложность встроенных программных средств поддержки, что увеличивает вероятность ошибок счетчика; повышенные требования к ресурсам микроконтроллера.
Модуль АЦП микроконтроллера К1986ВЕ21У по своим характеристикам занимает "золотую середину" между рассмотренными выше устройствами. Разработчик может гибко настраивать модуль АЦП с учетом своих потребностей, получать в свое распоряжение как исходные измеренные значения напряжений на входах, так и готовые значения тока, напряжения, мощности и энергий. При этом основная нагрузка ложится на аппаратный модуль, а ядро микроконтроллера свободно для выполнения других задач. В то же время при необходимости производительность ядра легко позволяет преобразовывать полученные результаты без ущерба для остальных функций счетчика.
Основные особенности интеллектуальных счетчиков – обмен большим объемом информации через интерфейсы связи, учет большого числа параметров, формирование различных структур данных. В связи с этим к микроконтроллеру, на базе которого строится счетчик, предъявляются повышенные требования, особенно к производительности ядра и объемам флеш- и оперативной памяти.
Микроконтроллер К1986ВЕ21У выполнен на основе ядра ARM Cortex-M0, максимальная тактовая частота которого составляет 36 МГц, объем встроенной энергонезависимой флеш-памяти программ – 128 Кбайт, встроенного ОЗУ – 16 Кбайт. Память программ загружается через интерфейсы SWD и UART. Большие объемы флеш-памяти и ОЗУ позволяют реализовывать различные протоколы обмена данными, всевозможную обработку измеренных значений.
Основные достоинства ядра Cortex-M0 – 32-бит разрядность, низкое энергопотребление при высокой производительности, умножение за один такт. На фоне этого, Teridian и Texas Instruments не могут предложить ничего конкурентоспособного (см. таблицу). Рассматривать же микроконтроллер компании Teridian, в котором используется морально устаревшее 8-бит ядро 8051 в качестве основы интеллектуального счетчика, вообще невозможно.
Отметим еще характеристики, которые выгодно отличают микроконтроллер К1986ВЕ21У от конкурентов:
наличие 14 32-бит регистров аварийного сохранения данных в батарейном домене, благодаря которым полностью исключаютcя потери последних показаний накопленной энергии при отключении питания, воздействии импульсных помех и т.п.;
блок подсчета CRC с изменяемым полиномом уменьшает нагрузку на ядро контроллера, увеличивает скорость обмена данными по интерфейсу;
реализованная в батарейном домене функция контроля выхода COV_DET, позволяющая контролировать вскрытие крышки клеммной колодки счетчика даже в выключенном состоянии;
малогабаритный корпус LQFP64, благодаря которому упрощается конструкция счетчика и топологию его печатного узла, что особенно актуально для счетчиков, устанавливаемых на DIN-рейку.
Необходимо также отметить наличие последовательного отладочного интерфейса SWD, можно сказать, самого удобного сегодня инструмента для разработчика, благодаря которому значительно сокращается время и соответственно снижается стоимость разработки встроенного программного обеспечения.
На основе микроконтроллера К1986ВЕ21У разработан трехфазный счетчик электроэнергии Милур 304 (см. рисунок). Применение микроконтроллера позволило:
реализовать одноплатную конструкцию счетчика, пригодного для установки на DIN-рейку благодаря малым габаритам микроконтроллера и небольшому числу необходимых внешних компонентов;
выполнять сложные математические преобразования измеренных значений в реальном времени;
формировать и передавать через интерфейсы большие объемы данных;
контролировать вскрытие крышки клеммной колодки в выключенном состоянии.
Возможно несколько модификаций счетчика, отличающихся классом точности; значениями базового (номинального) и максимального тока; вариантом подключения к сети (непосредственно или через трансформатор); отсутствием или наличием интерфейса связи RS-485.
В настоящее время заканчивается сертификация счетчика Милур 304. Он соответствует ГОСТ Р 52320: при измерении активной энергии по класса точности 1 – ГОСТ Р 52322 или по классу точности 0,5S – ГОСТ Р 52323 (в зависимости от модификации), при измерении реактивной энергии по классу точности 1 или 2 – ГОСТ Р 52425.
Подробную информацию о микроконтроллере К1986ВЕ21У можно найти на сайте фирмы-производителя – ЗАО "ПКК "Миландр". ●
Отзывы читателей
