傳統(tǒng)的手工抄表費時、費力，準確性和及時性得不到可靠的保障，這導致了相關營銷和企業(yè)管理類軟件不能獲得足夠詳細和準確的原始數(shù)據。一般手工抄表都按月抄表，對于用戶計量來說是可行的，但對于相關供應部門進行更深層次的分析和管理決策卻不夠。隨著大規(guī)模集成電路和通信技術的發(fā)展，在電能計量領域，數(shù)字電表以其自身的優(yōu)勢，逐漸取代了傳統(tǒng)的機械式電度表。高精度的電能計量芯片是數(shù)字電表的核心部分，CS5460A已經廣泛應用于各種單、三相電能表以及電力系統(tǒng)測量控制領域。電力系統(tǒng)中計算機信息化管理程度越來越高，無線抄表系統(tǒng)正越來越得到廣泛應用。
1 總體結構
系統(tǒng)采用高精度電能采集芯片CS5460A采集電量，采用DSP2812控制，處理后的數(shù)據通過無線收發(fā)模塊nRF2401A，實現(xiàn)數(shù)據的無線傳輸，接收模塊接收到前端采集系統(tǒng)采集的數(shù)據傳送給上位機，上位機可以顯示所需要的一些電參數(shù)，實現(xiàn)抄表收費一體化。系統(tǒng)結構如圖1所示。
2 電能采集系統(tǒng)設計
選用CS5460A作為電能采集芯片，選用TI公司的TMS320F2812作為控制芯片。Cs5460A是高度集成的A／D轉換器，它在單一芯片上結合了兩個A／D轉換器、高速功率計算功能和一個串行接口。該芯片是為精確測量和計算而設計的，可用于單相2或3線功率測量設備的能量、瞬時功率、瞬時電壓、瞬時電流、電流有效值、電壓有效值的測量。CS5460A可與一個低成本旁路電阻或變壓器相聯(lián)接以測量電流，也可與電阻分割器或測量用變壓器相聯(lián)接以測量電壓。CS5460A帶有一個與微控制器通信的雙向串口和一個與供電成正比的可編程頻率輸出。CS5460A的片上功能還包括交流或直流系統(tǒng)校準。
CS5460A可以在單+5 V電源及雙極性±5 V電源下運行，電流通道輸入范圍為50 mA或250 mA，電壓通道為250 mV。在單電源供電時CS5460A的共模信號為-0．25 V到VA+。圖2是CS5460A在單電源模式下單相2線系統(tǒng)的功率測量的電路圖。此接線方式實現(xiàn)與電源線隔離。隔離通過3個變壓器實現(xiàn)。一個是普通的變壓器，用于提供CS5460A的直流電源。第二個是高精度、低阻抗的變壓器(通常稱為電壓互感器)，在較高的濾波下也具有很小的衰減和相位延遲。還有一個電流互感器用于測量電源線電流，一個電阻跨接在電流互感器的次極，對CS5460A的電流通道產生電流感應的電壓信號。
3 無線通信系統(tǒng)設計
nRF2401A及其外圍電路包括nRF2401A的芯片部分，穩(wěn)壓部分、晶振部分、天線部分。電壓+5 V為芯片提供電壓；晶振部分包括Y4，C44,C45晶振Y1允許值為：4 MHz，8 MHz，12 MHz，16 MHz，該設計用1 Mb／s的通信速率，則必須選擇16 MHz晶振。天線部分電感L1，用來將nRF2401A芯片的ANT1，ANT2管腳產生2．4 GHz電平信號轉換為電磁波信號，或者將電磁波信號轉換為電平信號輸入芯片的ANT1，ANT2管腳。
nRF2401A通信模塊原理圖如圖3所示。該設計只利用通道1的收發(fā)通道，通道2為預留通道，PER_UP與DSP2812的GPIOB4口相連控制nRF2401A芯片上電，GPIOB5接CE控制芯片使能。GPIOB6連CS實現(xiàn)。nRF2401A片選，GPIOB7接DR1從而通過DSP控制芯片通道1數(shù)據請求，GPIOB8接CLK1控制通道1時鐘，GPIOB9和芯片DATA管腳相連，實現(xiàn)DSP與模塊之間的數(shù)據傳輸。
4 電能采集軟件設計
4．1 程序功能
程序功能包括兩方面的關鍵內容：一是，通過單片機對CS5460A芯片寄存器地址的定義和控制字的寫入，另一方面是數(shù)據的讀取。
