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

Wnętrze elektronicznego licznika energii elektrycznej 12EA5rn/1 PAFAL

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。

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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。

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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。

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外殼下面的微動開關用於檢測外殼受到未經授權的開啟。

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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。

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PCB的上部可以看到用作RS-485光隔離的4N35光耦合器。

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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。

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光隔離和RS-485 BL3085收發器的其餘部份則位於附加板上。

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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。

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支援MCU運行的電池採用的是非典型的CR2354 (560mA)電池。

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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。

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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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