适合智能电网工业应用的ARM解决方案(2)

各地智能电网的传输方式可能有所不同，因此，应地方规范要求，可能需要扩展基本功能集。根据数据采集器的部署位置，可以使用RS-485、通用分组无线业务(GPRS)或电力线通信(PLC)进行数据传输，也可用红外线或RS–485进行外部控制。许多开发商并不针对每个地区或市场进行定制设计，而是采取了“一刀切”的做法，构建系统支持可能使用的所有传输方式(但不是所有传输方式都同时使用)。此做法可能在制造时带来规模经济效益，但同时可能对微控制器提出更多要求。

图3用于高级数据采集器的微控制器配置示例

图1显示了如何配置微控制器用于入门级数据采集器，表1则列出了该设计的一般功能要求。假定该设备从多个UART端口采集数据，并支持多种基本功能，包括输入采集、数据存储、通信和维护，设计中应包括用于提供时间戳数据的实时时钟(RTC)、进行实时供电质量检查的可选模数转换器(ADC)，以及与外部存储器或外部设备通信(如无线传输射频模块)一起使用的可选SPI接口。

表1中未列出微控制器本身的电耗要求，但通常来说，数据采集器需要高效用电。电力公司不想增加电网电力消耗而产生额外成本，消费者也不愿意因使用新的计量功能而增加电费支出。

考虑到这些不同需求，32位微控制器通常是最佳选择。这是因为大多数8位和16位微控制器的功率不足以处理多个数据源的数据，且往往缺乏必要的配置资源来支持系统运行。另一方面，因为大多数32位微控制器具有多种电源模式，设计人员通常可以进行系统优化，提高性能和效率。

决定使用32位架构后，设计师仍然需要找到提供合理功能组合的解决方案。这里会面对一个潜在的难题,因为大多数32位微控制器除了具备必要的UART数量，但也提供了系统用不上的其它高级功能(如以太网、I2S和液晶显示接口)。恩智浦LPC1200工业控制系列(如图2所示)，为此难题提供了不错的解决方案。该系列采用ARMCortex-M0处理器，提供高达128KB闪存，且包含数据采集器可以使用的其它资源，如RTC、ADC和SPI。

LPC1200系列标配支持两个UART，另外，其独特的特殊应用标准产品(ASSP)功能使得该系统可以额外支持两个硬件UART。ASSP功能让设计人员可以避免增加高端设备支出，同时又具有足够的灵活性，可在不同应用中执行多项任务。例如，其内置的ASSP还可以被配置用于I2C转DMA传输、引脚模式匹配，或模拟数据记录等。使用ASSP可降低CPU的负载及减少处理简单信息时对系统运行产生的中断，可在定制微控制器功能的同时，最大限度地降低系统开销。

中级和高级数据采集器

较之入门级数据采集器，中级和高级数据采集器都具有更广泛的功能。高级与中级的区别通常在于CPU速度。也就是说，高级数据采集器一般需要更快的CPU速度，而这对微控制器配置至关重要。

高级数据采集器典型用于更复杂的住宅设置和三相工业应用中。计算需求越高，CPU性能要求也越高。200MHz以上主频通常是最佳选择。高级数据采集器还具备更先进的通信和控制功能，如以太网和Wi-Fi，用于交互式显示的LCD接口，以及供本地数据下载的USB主机。这些新增功能需要更多闪存与系统内存，且需要实时操作系统(RTOS)。图3给出了示例功能框图。

对于这样一个方案，恩智浦LPC32x0系列不失为一个很好的选择。该系列采用ARM9CPU内核，其运行速度高达266MHz，同时采用矢量浮点(VFP)协处理器用于高级算术运算。此外，还提供了必要的外设和接口，包括7个UART、1个带专用DMA控制器的10/100以太网MAC、1个具有全速主机和设备性能的USBOTG、1个RTC，以及1个灵活的可支持STN和TFT面板的LCD控制器。