单片机和半导体的单相远程费控智能电表设计
基于RENESAS半导体的单片机R5F212B8SNFP完成单相远程费控智能电表设计，其功能：648k字节Flash闪速存储器，3k字节内部RAM，45个可编程CMOSI/O口，可选择上拉电阻，2个专用输入口，6个位定时/计数器，5个外部中断，23个内部中断，4个软件中断，7级中断结构，3个全双工串行通信口，16位硬件乘法器，片内高低速振荡器及时钟电路，2种低功耗电工作方式。是一个比较适合于国网智能电表开发的高性价比单片机。
该智能电能表功能设计主要包括9大模块：电压和电流检测，电能计量电路RN8209计量模块;64K容量的串行存储24LC512存储模块;字符组合显示的HL9576液晶显示模块;内置温度补偿功能串行时钟RX8025T时钟模块;远程控制实现加密解密ESAM模块;红外IR无线通讯和RS485总线通讯电路模块;各种信息输出的输出电路模块;为各工作模块提供工作电源的电源模块;为各模块协调工件的主MCU2B8控制模块。
远程费控智能电表电能计量采用国产RN8209芯片，精度高、可靠性强。RN8209能够测量有功功率、无功功率、有功能量、无功能量，并能提供2路独立的有功功率和有效值、电压电流有效值、线频率、过零中断等，可以实现灵活的防窃电方案。支持全数字的增益、相位和Offset校正。有功、无功电能脉冲分别从PF、QF管脚输出。内部的电源监控电路可以保证上电和断电时芯片的可靠工作。
本设计中主要采用了2种通讯方式来实现通讯功能，分别是：RS-485和红外IR传输。考虑到智能电表会安装在户外，因此需要在RS-485总线接口上加上避雷的保护措施。采用的RS-485接口芯片是ISL3152芯片，通过光耦NEC2501和单片机系统进行隔离，从而防止遭遇雷击时，对整个系统造成破坏。
时钟电路采用EPSON公司的RX8205T芯片完成，它是一种支持I2C总线的低功耗时钟芯片，具有很高的精度，内置温度补偿晶振，可在宽温范围内实现精确计时，和目前在电表领域得到广泛应用的EPSONRX-8025SA引脚兼容，它按照CPU经外部通讯口接收到的校时数据来设置时钟和日历，靠自身的振荡继续走时。通过2线I2C方式与CPU连接，SDA脚和SCL脚分别与2B8的引脚相连，并有2个中断报警引脚可设置为输出秒或分同步脉冲，单片机系统每250ms通过I2C通讯接口读取当前的时间，计算出该时刻所属的时段，实现多费率电能表的分时段计量电能。该时钟电路带有备用锂电池，正常工作时有主电源Vcc供电;当出现停电时，自动切换锂电池为时钟电路供电，即使停电，时钟走时也准确。
2B8实时检测系统供电的状态，当上电检测模拟端口检测到外部220V供电时，系统启动内部主时钟全速运行，通过SPI口与计量RN8209通讯，实时读取电表运行的状态内容，如实时电压、电流值、功率、功率因数等，并判断是否在正常工作范围内，如出现异常，通过I2C与RX8025T通讯，读取此刻时间，然后将这些数据通过I2C通讯存储到24LC512中，以备主站系统查询，同时报警指示灯报警，通过I2C通讯将实时数据传输到HL9576内并显示在LCD液晶屏上。智能电表运行过程中，不断读取RX8025T的时间值，来判断是否可进入下一费率时段运行，进行时段投切。
