隨著進(jìn)入家庭的各類電器越來越多,，民用電量劇增，受經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使,，竊電現(xiàn)象也日益嚴(yán)重[1-2],。而傳統(tǒng)的電表不具備監(jiān)測(cè)和預(yù)防竊電的能力，因此市場(chǎng)廣泛需要防篡改的電能表,。
　電能表計(jì)量電量,，取決于電壓、電流,、功率因數(shù)三要素與時(shí)間的乘積,，因此，只要改變?nèi)刂械娜魏?個(gè)就能達(dá)到竊電的目的,。常見的竊電手法主要有欠(失)壓法竊電,、欠(失)流法竊電、移相法竊電,、擴(kuò)大誤差法竊電,、繞越計(jì)量裝置法竊電及高科技竊電等[3]。
1 單相防竊電電子式電能表的工作原理
1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    MSP430系列單片機(jī)是美國德州儀器公司的一款超低功耗，16位RISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī),，具有豐富的外圍模塊和靈活的時(shí)鐘源,，其中數(shù)字控制振蕩器DC0可使器件從低功耗模式迅速喚醒，16位計(jì)數(shù)器和常數(shù)發(fā)生器使MSP430系列微控制器能達(dá)到最高的代碼效率,。這些特性特別適合電池供電,，可大大延長(zhǎng)電池壽命。MSP430F42x系列單片機(jī)配置有3個(gè)獨(dú)立的24位Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器,，是適用于測(cè)量和計(jì)算二線或三線制的單相電能表的微控制器[4],，其構(gòu)成的單相防竊電電子式電能表的功能框圖如圖1所示。

1.1.1 電源管理
　 圖1中,，除電池外,，電源表的電源供給由兩部分組成：一是由火線和零線的主電壓提供電源，另一部分是供電CT從電流上取得提供電源,當(dāng)進(jìn)行移除主電壓竊電時(shí),，電能表仍進(jìn)行正常計(jì)量,。電源管理的電路圖如圖2所示。

1.1.2 LCD顯示
    MSP430F42x內(nèi)部具有LCD驅(qū)動(dòng)器,，最多可驅(qū)動(dòng)顯示128段碼,，能很好地完成LCD顯示功能，無需再擴(kuò)展LCD驅(qū)動(dòng)器,只要直接將液晶的各個(gè)腳與MSP430F42x對(duì)應(yīng)的LCD驅(qū)動(dòng)輸出腳相連即可,。
1.1.3 通信接口
　 MSP430F42x具有1個(gè)硬件通用異步/同步接收發(fā)送外圍模塊（USART0）,，用于串行數(shù)據(jù)通信,。MSP430F42x單相防竊電電子式電能表可選擇光學(xué)通信接口,、RS-232/RS485接口或者兩者兼有。
1.1.4 脈沖輸出
    脈沖輸出用來校表及計(jì)量,，脈沖輸出的電路由普通I/O加光耦隔離實(shí)現(xiàn),。
1.1.5 帶溫度補(bǔ)償?shù)膶?shí)時(shí)時(shí)鐘RTC
    實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC可由單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)。內(nèi)部的溫度傳感器可方便地實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量,，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC的溫度補(bǔ)償,。
1.2 總體工作原理
　 MSP430F42x單相防竊電電子式電能表的工作過程程中有2個(gè)關(guān)鍵值：外部電壓（電網(wǎng)電壓、供電CT產(chǎn)生或者兩者共同起作用的電壓）和電壓有效值,。當(dāng)外部電壓不存在時(shí),，電表在睡眠狀態(tài)，僅保持RTC 運(yùn)行和LCD顯示,。在外部電壓存在的情況下,，若電壓有效值大于電網(wǎng)電壓的最小極限值（80 V），則認(rèn)為電網(wǎng)電壓存在,，電能表在正常計(jì)量狀態(tài),通過電流回路和電壓回路的實(shí)際測(cè)量值計(jì)量,；若電壓有效值小于電網(wǎng)電壓的最小極限值（80 V），則認(rèn)為電網(wǎng)電壓不存在,，此時(shí)進(jìn)入移除主電壓防竊電測(cè)量狀態(tài),。電壓以這個(gè)地區(qū)的額定電壓為準(zhǔn),，電流以電流回路的實(shí)際測(cè)量值為準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)量。
1.3 工作流程
　 電表進(jìn)入工作狀態(tài)后,，在主程序中,，程序循環(huán)查詢標(biāo)志，主要進(jìn)行各種判斷,，判斷操作模式是否異常模式,、是否等于掉電模式、是否有新的能量產(chǎn)生標(biāo)志,、是否等于掉零線模式等,，當(dāng)有相應(yīng)的標(biāo)志位置出現(xiàn)時(shí)，則進(jìn)行相應(yīng)的處理或進(jìn)入中斷程序,。在中斷程序中,，完成主要的計(jì)量工作。
2 多功能防竊電計(jì)量
　 多功能計(jì)量體現(xiàn)在電能表能夠?qū)崿F(xiàn)有功,、無功,、視在功率、功率因數(shù),、電流有效值,、電壓有效值、頻率,、相位等的測(cè)量,。MSP430F42x單相防竊電電子式電能表很容易實(shí)現(xiàn)單相電能表以下防竊電的測(cè)量。
2.1 電流不平衡時(shí)的防竊電測(cè)量
　 電流不平衡的典型情況為零線接地或火線短接,。為了檢測(cè)電流的不平衡,，除了檢測(cè)火線的電流外，還要檢測(cè)零線的電流,，因此需要2個(gè)電流傳感器,；由于隔離的原因，可以在1路的電流通道上選用低成本的錳銅電阻,，而另1路就必須使用成本相對(duì)較高的電流互感器,。圖1即為以火線上使用電流互感器,與I1+、I1-相連接,，零線上使用錳銅電阻,與I2+,、I2-相連接。內(nèi)置3個(gè)獨(dú)立24位的Σ-Δ ADC的MSP430F42x進(jìn)行2個(gè)通道（火線,、零線）和1個(gè)電壓通道的采樣,，并在單片機(jī)內(nèi)部處理、比較2個(gè)電流通道上的電流，實(shí)現(xiàn)電流不平衡時(shí)的檢測(cè),。2個(gè)電流通道的傳感器分別選用了錳銅電阻和電流互感器,，電壓通道采用電阻分壓實(shí)現(xiàn)。
2.2 電流反向時(shí)的防竊電測(cè)量
　 電流反向的典型情況為火線的進(jìn)出端口連接對(duì)換,。通過在單片機(jī)內(nèi)部判斷測(cè)量的功率正負(fù)來檢測(cè)電流是否反向,，不需要任何的輔助元件就能實(shí)現(xiàn)電流的反向檢測(cè)。同時(shí)可以預(yù)置電流反向時(shí)的處理方式,，如電流反向時(shí)取功率或電能的絕對(duì)值為測(cè)量值等,，實(shí)現(xiàn)電流反向的防竊電測(cè)量。
2.3 移除主電壓時(shí)的防竊電測(cè)量
　 典型的移除主電壓為拆除電表的零線或火線連接,，使得無電壓信號(hào)進(jìn)入電表,。
　 對(duì)這種竊電行為，可用1個(gè)低成本的電流互感器CT（圖1中的供電CT）從剩下的連接電表導(dǎo)線中流經(jīng)的電流上獲取很小的電能,，經(jīng)過電源管理模塊處理,，給電能表供電，使電能表實(shí)現(xiàn)防竊電測(cè)量,。由于電能表成本,、表殼的尺寸以及電子元器件能夠承受的最大電流的影響，選擇從電流上取電的CT是受限制的,，因此,，能從電流上獲取給電能表供電的電能也是受限制的，特別是當(dāng)負(fù)載電流很小時(shí),，從電流上取得的電能將不能勝任電能表的供電電源,。供電部門通常希望當(dāng)負(fù)載電流大于1 A時(shí)就能實(shí)現(xiàn)電能表的防竊電測(cè)量,而且希望這個(gè)值越小越好?；谝陨弦?，需要選擇一個(gè)在移除主電壓防竊電測(cè)量時(shí)功耗很小的方案以保證能順利完成防竊電的測(cè)量,。因此本設(shè)計(jì)采用MSP430F42x系列單片機(jī),，利用其超低功耗特性和豐富的模擬前端,較為容易地實(shí)現(xiàn)了移除主電壓時(shí)的防竊電測(cè)量。模擬前端的具體電路如圖3所示,。

    本文介紹的單相防竊電電子式電能表實(shí)際是在正常的單相多功能,、多費(fèi)率電能表上加防竊電功能，所以MSP430F42x單相防竊電電子式電能表可以是單相多功能表的形式,，也可以是單相多費(fèi)率的形式以及其他電能表形式,。該表投入市場(chǎng)以來，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,，也為電力管理部門打擊竊電行為提供了更強(qiáng)有力的武器,。
參考文獻(xiàn)
[1]   劉陽力，滕召勝.基于單相電能表的防竊電新技術(shù)的研究[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2008(12).
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[3]   沈鑫,張林山.電子式電能表技術(shù)鑒定與防竊電分析.云南電力技術(shù),，2009(2).
[4]   MSP430 ultra-low prower microcontrollers user′s guided. http://www.ti.com.2009.