專利名稱：一種智能電表安全控制模塊電氣特性的檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電表檢測裝置，主要用于檢測智能電表安全控制模塊ESAM 電氣特性。
背景技術(shù)：
目前智能電表作為電能計(jì)量和計(jì)費(fèi)的主要工具，在電力行業(yè)應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。 表中安裝了一個(gè)智能電表安全控制模塊ESAM，它在智能電能表中起到重要作用能夠保證 數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和安全性，防止數(shù)據(jù)在傳輸中被截獲和破解。并提供預(yù)付費(fèi)功能的安全 存儲(chǔ)，不會(huì)輕易被修改，有效的保護(hù)了數(shù)據(jù)；所以ESAM能夠穩(wěn)定運(yùn)行非常重要。但在實(shí)際使 用中，同時(shí)ESAM要經(jīng)受相對惡劣的環(huán)境。例如在西北、東北等地區(qū)省份的一些地方，冬季出 現(xiàn)零下30度的嚴(yán)寒天氣，會(huì)造成安全芯片的工作不穩(wěn)定性。還有ESAM會(huì)安裝在強(qiáng)磁場高 濕度的環(huán)境中。環(huán)境的惡劣，大大的制約了芯片工作的長期性和穩(wěn)定性，因此ESAM在生產(chǎn) 過程中必須進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測。芯片工作的不穩(wěn)定性，主要集中在以下幾點(diǎn)1、電源問題ESAM規(guī)定在2. 7-5. 5V的電源電壓下，ESAM可以正常工作。但有些 ESAM在3V左右，復(fù)位無ATR信息。2、頻率穩(wěn)定問題規(guī)定時(shí)鐘頻率CLK在1ΜΗζ_5ΜΗζ可以 正常工作，但實(shí)際并非如此。在實(shí)際應(yīng)用中，CLK并非穩(wěn)定的波形，中間夾雜著很多毛刺，直 接影響了內(nèi)部時(shí)鐘頻率。各個(gè)頻率段不能正常工作的都有。3、IO端口電壓電流問題10 端口的低電平為GND，但也有可能為0. 7V，同樣高電平也有這種情況。VCC管腳的電流在正 常工作中為ImA左右，但由于內(nèi)部模塊工藝問題，有可能正常工作，但是電流卻變成IOmA以 上，導(dǎo)致芯片發(fā)熱。所以應(yīng)該對管腳的電壓電平和電流進(jìn)行檢測。還有跳變沿，時(shí)序同步方面問題。在未使用該方案之前，對ESAM的檢測復(fù)雜，主要 是用示波器和萬用表，示波器能夠測量各個(gè)管腳電壓及時(shí)鐘頻率電氣參數(shù)，管腳的電流要 用萬用表的電流檔進(jìn)行測量，這樣測量的缺點(diǎn)就是ESAM的5個(gè)管腳不能同時(shí)測量，不能在發(fā)現(xiàn)問題后，對其他管腳進(jìn)行跟蹤測試，不 利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和分析問題。儀器搭建比較繁瑣。測試環(huán)境在搭建過程中會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間， 繁瑣的連接會(huì)導(dǎo)致搭建系統(tǒng)不穩(wěn)定。雖然示波器監(jiān)測是實(shí)時(shí)的，但是不能對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行 及時(shí)存儲(chǔ)和分析，導(dǎo)致存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和分析問題有局限性。由于ESAM量產(chǎn)高，用現(xiàn)有示波器對 所有的芯片進(jìn)行電氣特性檢測，會(huì)降低其生產(chǎn)能力。
實(shí)用新型內(nèi)容為了解決智能電表在惡劣的天氣環(huán)境和強(qiáng)磁場高濕度的環(huán)境中工作的長期性和 穩(wěn)定性，本實(shí)用新型提供一種實(shí)時(shí)的、準(zhǔn)確的檢測ESAM的各個(gè)管腳電氣特性的裝置。具體 方案如下采用數(shù)據(jù)跟蹤方式，將設(shè)備安裝在ESAM和讀卡器之間，提供必要的數(shù)據(jù)控制和 采集，保證數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)的準(zhǔn)確的上傳給上位機(jī)。PC機(jī)安裝有一個(gè)相關(guān)軟件，其既能夠?qū)崟r(shí) 發(fā)送特定的APDU指令給讀卡器，又能將上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析保存并顯示出檢測結(jié)果。本實(shí)用新型的另一優(yōu)選方式本檢測裝置內(nèi)部電路主要組成部分包括電源模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、電流采集模塊、電壓采集模塊和單片機(jī)處理模塊；電源模塊包括電源輸 出電路和電源控制電路(產(chǎn)生2. 7至5. 5伏特可調(diào)電壓)；所述電源模塊輸入電壓為9伏 特，輸出電壓為5伏特、3. 3伏特和2. 7至5. 5伏特可調(diào)電壓。本實(shí)用新型的另一優(yōu)選方式電平轉(zhuǎn)換模塊和電流采集模塊通過數(shù)據(jù)線連接，所 述電平轉(zhuǎn)換模塊提供無需控制信號雙向電平轉(zhuǎn)換器，電壓范圍為VCCB = 1.65V-5. 5V， VCCA = 1. 2-3. 6V且VCCB > NCCA0采用專業(yè)電平轉(zhuǎn)換芯片，該芯片提供雙向轉(zhuǎn)換功能，可 快速的切換傳輸方向，并將各管腳高電平和供電電壓電平相同。用兩種相同的芯片進(jìn)行對 接。其中左面的芯片將5V電壓轉(zhuǎn)換成2. 5V，右面的芯片將2. 5V轉(zhuǎn)換成2. 7V-5. 5V可調(diào)。 將各個(gè)管腳通過此方案轉(zhuǎn)換后，可保證管腳高電平與Vadj同步。本實(shí)用新型的另一優(yōu)選方式電流采集模塊和電壓采集模塊通過數(shù)據(jù)線連接，電 流采集模塊采用雙向、高側(cè)、電流檢測放大器，具體條件；1.電池滿幅負(fù)載電流時(shí)的最大檢 測電壓可通過一個(gè)外部檢流電阻設(shè)置，增益為100V/V，共模輸入電壓可高達(dá)MV。電流采集 模塊主要是采集各個(gè)管腳的電流，通過將電流轉(zhuǎn)換成ADC所能識別的模擬信號來實(shí)現(xiàn)。具 體方法是在電源EVCC和ESAM的VCC管腳串聯(lián)一個(gè)精密電阻R19，然后用電流傳感芯片U9 采集該電阻兩端電壓差，并經(jīng)過運(yùn)算放大后，產(chǎn)生ADC所能識別模擬信號。由于所檢測的芯 片有可能為電流超出規(guī)定值，故需要串聯(lián)1個(gè)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲Fl，來防止燒壞其周圍芯片。本實(shí)用新型的另一優(yōu)選方式電壓采集模塊為12位分辨率；ADC供電VCC要求 2. 4V到3. 6V ；ADC輸入范圍VCC_ ( VIN ( VCC+。電壓采集模塊主要是采用單片機(jī)內(nèi)部的 12位ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器，采樣精度高，轉(zhuǎn)換速度快，所采樣的有效電壓值為0-3. 3V，而ESAM所 需要測量的電壓為2. 7-5. 5V，超出最大值，故需要將其進(jìn)行分壓處理，分壓電阻采用精密高 且溫漂小的電阻進(jìn)行分壓。本實(shí)用新型中，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，采用通訊方式，將采集的參數(shù)以 數(shù)據(jù)的形式傳輸給PC應(yīng)用系統(tǒng)，并通過應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)送命令的方式，來控制ESAM電壓，實(shí)現(xiàn) 基本的控制。由于串口為9腳的RS232接口，體型大且不利于攜帶，故可采用專門的USB轉(zhuǎn) USART芯片，可直接將數(shù)據(jù)通過USB端口上傳。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的一種智能電表安全控制模塊電氣特性的檢測 裝置有益效果是1、ESAM各個(gè)管腳高電平可保持VCC管腳電壓一致；2、可以檢測各個(gè)管腳靜態(tài)(不工作)時(shí)的電壓和電流；3、可以檢測工作狀態(tài)的電氣特性；4、通過PC機(jī)軟件特有的算法分析數(shù)據(jù)；5、防止不良芯片的大電流燒壞其他部件。
圖1 實(shí)用新型提供的一種智能電表安全控制模塊電氣特性的檢測裝置-ESAM電 氣特性檢測裝置系統(tǒng)框圖；圖2 實(shí)用新型提供的一種智能電表安全控制模塊電氣特性的檢測裝置-檢測裝 置內(nèi)部組成框圖；圖3 實(shí)用新型提供的一種智能電表安全控制模塊電氣特性的檢測裝置-可調(diào)電
4壓控制電路框圖；圖4 實(shí)用新型提供的一種智能電表安全控制模塊電氣特性的檢測裝置-電平轉(zhuǎn) 換模塊框圖；圖5 實(shí)用新型提供的一種智能電表安全控制模塊電氣特性的檢測裝置-電流轉(zhuǎn) 換模塊框圖；圖6 實(shí)用新型提供的一種智能電表安全控制模塊電氣特性的檢測裝置-CPU結(jié)構(gòu) 框圖；圖7 實(shí)用新型提供的一種智能電表安全控制模塊電氣特性的檢測裝置-AD轉(zhuǎn)換 時(shí)間框圖。
具體實(shí)施方式
以下通過附圖及具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型提供的一種智能電表安全控制模塊 電氣特性的檢測裝置做進(jìn)一步更詳細(xì)的說明。實(shí)施例1本實(shí)施例如附圖1至附圖7的檢測裝置內(nèi)部電路組成包括電源模塊，電平裝換模 塊，電流采集模塊，電壓采集模塊和單片機(jī)處理模塊。電源模塊主要作用是給其他模塊提供 必需的電壓，并提供較高的功率要求，使得在惡劣環(huán)境有較大的功率負(fù)荷能力。電源控制電 路主要是產(chǎn)生ESAM所需的供電電壓，該電壓為2. 7-5. 5V可調(diào)，圖3方式實(shí)現(xiàn)單片機(jī)接收到 PC機(jī)調(diào)整電壓指令，解析后控制數(shù)字電位器U6。本裝置采用專業(yè)電平轉(zhuǎn)換芯片，該芯片提 供雙向轉(zhuǎn)換功能，可快速的切換傳輸方向，并將各管腳高電平和供電電壓電平相同電流采 集模塊主要是采集各個(gè)管腳的電流，通過將電流轉(zhuǎn)換成ADC所能識別的模擬信號來實(shí)現(xiàn)。 具體方法是在電源EVCC和ESAM的VCC管腳串聯(lián)一個(gè)精密電阻R19，然后用電流傳感芯片 U9采集該電阻兩端電壓差，并經(jīng)過運(yùn)算放大后，產(chǎn)生ADC所能識別模擬信號。由于所檢測的 芯片有可能為電流超出規(guī)定值，故需要串聯(lián)1個(gè)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲Fl，來防止燒壞其周圍芯片。 電壓采集模塊主要采用單片機(jī)內(nèi)部的12位ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其特征為采樣精度高，轉(zhuǎn)換速 度快。但所采樣的有效電壓值為0-3. 3V，而ESAM所需要測量的電壓為2. 7-5. 5V，超出最大 值，故需要對其進(jìn)行分壓處理(圖4R22和R23)，分壓電阻采用精密高且溫漂小的電阻進(jìn)行 分壓。本裝置最重要的部分就是采用了高性能的單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)以下功能(1)控制數(shù)字 電位器，使其能夠輸出所需電壓。(2)用內(nèi)嵌的ADC模塊采用DMA模式對多路電壓進(jìn)行采 樣。DMA控制器處理數(shù)據(jù)的傳送，數(shù)據(jù)傳送完畢再把信息反饋給CPU，這樣很大程度上減輕 了 CPU資源占有率，大大節(jié)省系統(tǒng)資源。經(jīng)測試采用DMA后，AD總轉(zhuǎn)換時(shí)間為21. 55us左 右，而1個(gè)ETU大約IOOus，故在根本上能夠保證在1個(gè)ETU之內(nèi)完成相應(yīng)轉(zhuǎn)換，本實(shí)施例中，為了方便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確性，也可采用通訊方式，將采集的參 數(shù)以數(shù)據(jù)的形式傳輸給PC應(yīng)用系統(tǒng)，并通過應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)送命令的方式，來控制ESAM電壓， 實(shí)現(xiàn)基本的控制。由于串口為9腳的RS232接口，體型大且不利于攜帶，故可采用專門的 USB轉(zhuǎn)USART芯片，可直接將數(shù)據(jù)通過USB端口上傳。以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實(shí)施 例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解技術(shù)人員閱讀本申請說明書后依然可以對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，但這些修改 或變更均未脫離本實(shí)用新型申請待批權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種智能電表安全控制模塊的電氣特性檢測裝置，其特征在于所述檢測裝置包括電 源模塊(1)、電平轉(zhuǎn)換模塊O)、電流采集模塊(3)、電壓采集模塊G)、單片機(jī)(5)和讀卡 器；所述電源模塊⑴與電流采集模塊(3)、電平轉(zhuǎn)換模塊(2)和單片機(jī)(5)連接，所述電 平轉(zhuǎn)換模塊( 與電流采集模塊C3)連接，所述電流采集模塊C3)與單片機(jī)( 的電壓采 集模塊(4)連接，所述讀卡器與電平轉(zhuǎn)換模塊( 連接，所述單片機(jī)( 與電腦連接。
2.如權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于所述電源模塊(1)包括電源輸出電路和 電源控制電路輸入電壓為9V，輸出電壓為5伏特、3. 3伏特和Vadj伏特；所述電源模塊(1) 與電平轉(zhuǎn)換模塊( 通過數(shù)據(jù)線連接。
3.如權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于所述電平轉(zhuǎn)換模塊( 和電流采集模塊(3)通過數(shù)據(jù)線連接。
4.如權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于所述電平轉(zhuǎn)換模塊(2)提供無需控制信 號雙向電平轉(zhuǎn)換器，電壓范圍為:VCCB = 1. 65V-5. 5V, VCCA = 1. 2-3. 6V且VCCB > VCCA0
5.如權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于所述電流采集模塊C3)和電壓采集模塊(4)通過數(shù)據(jù)線連接。
6.如權(quán)利要求1或3所述的檢測裝置，其特征在于所述電流采集模塊(3)采用雙向、高 側(cè)、電流檢測放大器，具體條件；1.電池滿幅負(fù)載電流時(shí)的最大檢測電壓可通過一個(gè)外部 檢流電阻設(shè)置，增益為100V/V，共模輸入電壓可高達(dá)MV。
7.如權(quán)利要求4所述的檢測裝置，其特征在于所述電壓采集模塊(4)為12位分辨率; ADC 供電 VCC 要求2. 4V 到 3. 6V ；ADC 輸入范圍:VCC_ ( VIN ( VCC+。
8.如權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于所述讀卡器與與電平轉(zhuǎn)換模塊( 通過 數(shù)據(jù)線連接。
9.如權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于所述單片機(jī)( 與PC機(jī)通過USB連接。
專利摘要本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種智能電表安全控制模塊ESAM的檢測裝置，主要用于實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確檢測ESAM的電氣特性。該裝置包括(1)電源模塊，(2)電平轉(zhuǎn)換模塊，(3)電流采集模塊，(4)電壓采集模塊和高性能單片機(jī)處理模塊。電源模塊包括電源輸出電路和電源控制電路；電源輸出電路主要提供其他模塊必需的電壓，并提供較高功率。使得在惡劣環(huán)境較大的功率負(fù)荷能力。該裝置采用數(shù)據(jù)跟蹤方式，將設(shè)備安裝在ESAM和讀卡器之間，提供必要的數(shù)據(jù)控制和采集，保證數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)的準(zhǔn)確的上傳給上位機(jī)。PC機(jī)安裝有一個(gè)相關(guān)軟件，其既能夠?qū)崟r(shí)發(fā)送特定的APDU指令給讀卡器，又能將上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析保存并顯示出檢測結(jié)果。
文檔編號G01R31/00GK201892741SQ201020549688
公開日2011年7月6日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者劉立宗, 龐振江, 王于波 申請人:中國電力科學(xué)研究院