一种基于简单的电子公用仪表解决方案

引言

电子公用仪表与目前使用的传统机械式和机电式仪表解决方案相比，具有很多优势。无论是气表、水表、热表，还是电表，都可以利用电子仪表的如下某些或全部特性：

精度更高

校准容易

防篡改保护

自动抄表

安全性好

先进的计费方式（分时计费和预付费等）

电子仪表的设计不一定要采用复杂的实现方式。在本文所介绍的实例中，通过基于单片机（MCU）的脉冲计数器可以大大简化各类仪表的实现。图1给出了一种基于MCU的典型计数器的组成框图。

图1带外部时钟输入的MCU 8位或16位定时器
 

精度更高

仪表是根据测量精度进行分类的。例如，一个机械式电表的典型精度是2%左右。相比之下，一个普通的电子电表可以达到0.2%的测量精度。如果在仪表设计中使用MCU，那么就能够通过改变软件参数调节测量精度。这样，只需开发一个硬件平台就可以支持多级测量精度，因此可使仪表生产商简化生产流程，且可为安装仪表的公用事业公司带来良好的规模经济。

校准容易

常规的机械式仪表包含很多可动的部件。随着使用时间的延长，这些部件可能需要重新调校，才能使仪表恢复正常状态。调校时通常要把仪表拆卸下来并返回厂家进行校准，非常不便。但是通过使用MCU中的非易失性存储器（EEPROM或Flash）就可以很方便的存储或更新校准信息，甚至可以设计为采用自动校准的方式。

图2气表结构框图
 

防篡改保护

一般来说，公用仪表最大的一个问题就是偷窃现象。在很多情况下，篡改仪表是为了改变测量结果。偷窃问题通常出现在电表上，形式多种多样。根据电表的类型，某些仪表可能被反接而使电量计数递减而不是递增。另外，采用钢铁材料作旋转盘片的老式仪表易受磁体的影响，会因此而减慢旋转的速度，从而引起错误的电量测量结果。可以使用几个简单的方法来检测电子仪表的篡改和偷窃现象。尤其对于电表来说，可以检测到多种"典型"情况，如：

。负载不对称（回路被接地，导致不对用电进行计量）

。电表暂时断开（或被旁路）

。使用永磁体使电流互感器饱和或停止计数器

。恶意破坏

一旦检测到篡改现象，我们可以对仪表采取多种防范措施。如果仪表控制供电，它可以将负载的供电断开。另外，如果仪表具有通信机制，还可以通过点亮指示灯或者向公用事业公司发送报警消息的方式，指明发生了偷窃篡改情况。