拆解電子式電表：為什麼使用兩個MCU？
作者 : TechEkspert
傳統機械感應式轉盤電表正逐漸被電子式電表所取代——新的電子式電表搭載液晶顯示器(LCD)和非揮發性記憶體(NVM)取代了機械式計數器，並以專用電子測量系統代替電磁場中的轉盤。讓我們一起來探索這種電子式電表的內部...
傳統機械感應式轉盤電表正逐漸被電子式電表所取代——新的電子式電表搭載液晶顯示器(LCD)和非揮發性記憶體(NVM)取代了機械式計數器，並以專用電子測量系統代替電磁場中的轉盤。讓我們一起來探索這種電子式電表(12EA5rn/1 PAFAL)的內部。
乍看之下，大家可能會注意到LCD顯示器周圍有一些不一定最重要但清晰可見的元件：
- 藍色的突波電壓抑制器(壓敏電阻)
- 2個黑色的光電元件(發射和接收光耦合器)
- 光耦合器上的光隔離以及可能用於測試/編程的連接器
光耦合器包括一個IR LED和一個IR電晶體，有些安裝人員把它們稱為「眼睛」(eye)，有了它們之後就可以與電表進行通訊(通常是UART和IEC62056-21)。將頭部貼到外殼上就可以進行通訊，通常透過USB連接到配備適當軟體的電腦。電表外殼包含金屬元件，頭部是磁鐵，因此當讀數時正確定位很簡單。市售裝置如onemeter，可以從電表讀取資料，然後將資訊無線發送到我們智慧型手機上的app。
並非所有的電表都與此類解決方案相容，而且有的供應商阻斷了透過光學介面讀取的可能性。例如，在較舊型的電表中，連續抄表可能會妨礙電表透過其他介面的平行通信。在光介面附近，我們發現了一個專用的BL6503S晶片，可以安全地視其為電表的心臟，因為正是這個系統負責追蹤電壓和電流，才讓我們得以計算能量。
這部份電路板上還有兩個整流橋。
接近顯示器之處有一個簧片開關，可用作磁場感測器（例如來自釹磁鐵），可以將該感測器視為用於防止試圖干擾電表運行的保護機制。在LCD下方，可以看到32.768kHz石英晶振、EEPROM 95512 RP記憶體以及一個帶有LCD驅動器的微控制器(MCU)—MSP430F449。
紅光LED則會在計算電量時閃爍。該LED每1kWh (1度電)會發生6,400次閃爍，因此一次閃爍為0.15625Wh。使用這種LED指示燈的電表讓我們得以追蹤當前的耗電量，例如iNode電表。
外殼下面的微動開關用於檢測外殼受到未經授權的開啟。
端子佈局是典型的瓦特計或電表。RS-485佈置在較小的端子上，這種介面最開始用於遠端抄表嘗試，然後可以在此連接具有適當介面的GSM數據機。另一種應用是企業家可以使用RS-485監控電能消耗，在與電力公司達成協議後，他們可以根據自己的需要使用此介面進行週期性抄表。
PCB的上部可以看到用作RS-485光隔離的4N35光耦合器。
PCB底部則覆蓋了電變源壓器，這對裝置的使用壽命是好事。我本來還想著是交換式關電源供應器(SMPS)，但電源變壓器更好。變壓器有兩個6V左右的輸出，這也就解釋了為什麼PCB上層會有兩個整流橋。
光隔離和RS-485 BL3085收發器的其餘部份則位於附加板上。
測量分流器焊接在PCB上，並焊接了電流端子，然後這個小電阻會根據流過電表的電流顯示電壓。
支援MCU運行的電池採用的是非典型的CR2354 (560mA)電池。
還有一個附加模組，其上有第二個M430F449 MCU，可能只負責通訊，例如實現頻繁抄表而不至於干擾測量過程？我不確定為什麼它會以這種方式解決，只知道舊式解決方案中，頻繁抄表可能影響電表的運行。也許在這方面有一些規定？
如果有哪位讀者知道為什麼在此使用了兩個MCU，請告訴我。
這就是這款電子式電表內部的樣子。其中採用的一些解決方案，例如兩個MCU或一個磁場感測器讓我感到驚訝。考慮到CAT III萬用表內部的樣子，我預期能夠永久連接到電網的裝置內部會更加安全。
您是否曾經看過其他電表的內部，您認為這個電設計如何？
編譯：Franklin Zhao
(參考原文：Wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej 12EA5rn/1 PAFAL，by TechEkspert)
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