ZHCUB46 june   2023 ADS131M08 , MSPM0G1507

 

  1.   1
  2.   说明
  3.   资源
  4.   特性
  5.   应用
  6.   6
  7. 1系统说明
    1. 1.1 终端设备
    2. 1.2 电表
    3. 1.3 电能质量监测仪，电能质量分析仪
    4. 1.4 关键系统规格
  8. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 设计注意事项
      1. 2.2.1 外部采用 TPS3840 电源电压监控器 (SVS)
      2. 2.2.2 使用 TMAG5273 线性 3D 霍尔效应传感器进行磁篡改检测
      3. 2.2.3 模拟输入
        1. 2.2.3.1 电压测量模拟前端
        2. 2.2.3.2 电流测量模拟前端
    3. 2.3 重点米6体育平台手机版_好二三四
      1. 2.3.1  ADS131M08
      2. 2.3.2  MSPM0G3507
      3. 2.3.3  用于驱动分段式 LCD 显示屏的 MSP430FR4131
      4. 2.3.4  TPS3840
      5. 2.3.5  THVD1400
      6. 2.3.6  ISO6731
      7. 2.3.7  ISO6720
      8. 2.3.8  TRS3232E
      9. 2.3.9  TPS709
      10. 2.3.10 TMAG5273
  9. 3系统设计原理
    1. 3.1  如何实现计量测试软件
    2. 3.2  计时系统
    3. 3.3  用于 GUI 通信的 UART 设置
    4. 3.4  实时时钟 (RTC)
    5. 3.5  MSP430FR4131 中的 LCD 控制器
    6. 3.6  直接存储器访问 (DMA)
    7. 3.7  ADC 设置
    8. 3.8  前台进程
      1. 3.8.1 公式
    9. 3.9  后台进程
    10. 3.10 软件函数 per_sample_dsp()
      1. 3.10.1 电压和电流信号
      2. 3.10.2 频率测量和周期跟踪
    11. 3.11 LED 脉冲生成
    12. 3.12 相位补偿
  10. 4硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 4.1 所需的硬件和软件
      1. 4.1.1 硬件
      2. 4.1.2 注意事项和警告
    2. 4.2 测试设置
      1. 4.2.1  将 TIDA-010243 连接到计量测试设备
      2. 4.2.2  电源选项和跳线设置
      3. 4.2.3  电表计量精度测试
      4. 4.2.4  查看计量读数和校准
        1. 4.2.4.1 从 LCD 中查看结果
        2. 4.2.4.2 从 PC 校准和查看结果
      5. 4.2.5  MSPM0+ MCU 的校准和闪存设置
      6. 4.2.6  增益校准
      7. 4.2.7  电压和电流增益校准
      8. 4.2.8  有源功率增益校准
      9. 4.2.9  偏移校准
      10. 4.2.10 相位校准
      11. 4.2.11 软件代码示例
    3. 4.3 测试结果
      1. 4.3.1 SVS 功能测试
      2. 4.3.2 电表计量精度结果
  11. 5设计和文档支持
    1. 5.1 设计文件
      1. 5.1.1 原理图
      2. 5.1.2 BOM
      3. 5.1.3 PCB 布局建议
      4. 5.1.4 布局图
      5. 5.1.5 Gerber文件
    2. 5.2 工具与软件
    3. 5.3 文档支持
    4. 5.4 支持资源
    5. 5.5 商标
  12. 6关于作者

2.2.2 使用 TMAG5273 线性 3D 霍尔效应传感器进行磁篡改检测

在电表附近加一块强力永磁体或交流磁体来篡改电表是一种常见的非侵入式窃电方法。永磁体或交流磁场会影响一些电表元件，比如电流互感器电流传感器、分流器电流传感器（分流器仅受交流磁体影响）或任何电源变压器。由于这些组件容易受到磁篡改这一劣势，公用事业客户的电力收费会减少，从而实质上使消费者产生窃取电力的行为。

考虑到仪表容易遭受磁篡改，电表中通常会使用磁传感器来检测外部磁场，进而采取适当的措施，如中断电表服务或对磁篡改处以罚款。在这种设计中，磁篡改检测由 TMAG5273 线性 3D 霍尔效应传感器来完成，与其他磁感应器件和设计相比，它具有以下优势：

  • 易于组装：霍尔传感器通常不像簧片开关那样脆弱，不会在组装过程中断裂。
  • 只需一个表面贴装 IC：TMAG5273 进行三向感应只需一个表面贴装 IC 用于 3D 线性霍尔效应传感器，而不像 1D 霍尔效应传感器需要三个 IC。因此，3D 线性霍尔效应传感器可实现更紧凑的印刷电路板 (PCB) 布局布线。此外，1D 霍尔效应传感器方案需要通孔传感器来检测某些方向，与之相比，仅采用表面贴装的实现方案可以降低 PCB 制造成本。
  • 灵活定义磁篡改阈值：由于 3D 线性霍尔效应传感器提供的是与实际检测的磁通密度值相关的信息，因此可以选择每个轴的磁篡改阈值，只要在 3D 线性霍尔效应传感器的磁感应范围内即可。这样便可以配置对篡改的定义，该定义可能因设计而异，这是因为所检测的磁通量密度依赖于磁体到传感器的距离，以及待检测外部磁体的特性。对于具有固定磁性工作点 (BOP) 阈值的霍尔效应开关来说，无法实现这样的灵活性。为了找到适当的篡改阈值定义，可以使用磁性计算工具，以便确定在不同磁体与传感器距离以及必须检测的磁体类型下的最终磁通密度。然后可以设置磁性阈值，使之低于传感器在暴露于预期篡改情况时的磁通密度。通常，期望的做法是将阈值设置得足够小，以便检测出篡改磁体，同时也要足够大，确保当附近的设备产生不影响仪表功能的磁场时，系统不会出现误报。磁体与传感器距离依赖于传感器在 PCB 上的位置以及电表外壳的尺寸。对于小型系统，可以将磁传感器放置在电路板中心附近，使整个仪表外壳实现对称检测覆盖，或者可以将磁传感器放置在会受磁篡改影响的任何组件旁。对于大型系统，比如某些多相仪表，有时仅凭一个磁传感器无法检测整个仪表表面的篡改，因此可以使用多个 3D 霍尔传感器，将它们彼此摊开放置在 PCB 上，以便覆盖较大的检测区域。TMAG5273 有四组可订购器件，它们在出厂时预设了不同的 I2C 地址，从而使多个器件能够共享相同的 I2C 总线。
  • 能够在多个器件功率模式之间进行变换：TMAG5273 支持在多个功率模式之间切换，具体取决于是否需要降低系统电流消耗。TMAG5273 具有进行测量的工作模式、电流消耗极低的睡眠模式，以及会在工作模式和睡眠模式之间自动切换的占空比模式。下面描述了电表不同功率模式的典型用例：
    • 工作模式用于进行测量，在不同的功率模式中所需的功率最大。一个示例场景是，当可使用市电，并且仪表由交流/直流电源供电时，通常会使用工作模式。由交流/直流电源供电时，TMAG5273 相对较高的工作模式电流消耗 (2.3mA) 可以忽略不计。
    • 在占空比模式下，器件会进行测量，然后在用户指定的一段时间内自动进入睡眠状态。占空比模式有益于在检测磁篡改的同时尽可能降低电流消耗，如在使用备用电池运行时，需要进行低速磁篡改检测。要降低占空比模式下的平均电流消耗，可以选择较长的睡眠时间。选择睡眠时间时，应将睡眠时间设置为小于所需的磁测量响应时间。例如，如果要使用唤醒和睡眠模式每 2ms 检测一次磁篡改，请将睡眠时间设置为 1ms，而不是 1 秒。
    • 在睡眠模式下，器件不会进行任何磁性测量。唤醒和睡眠模式的替代方法是，通过 MCU 将传感器手动设置为睡眠模式，然后经过所需的睡眠时间，手动将传感器设置为唤醒状态。这需要更多的 MCU 开销；但是，如果 MCU 要拥有自己的唤醒和睡眠模式，从而允许 MCU 在每个唤醒和睡眠模式周期内重新配置 TMAG5273，则该选项可以降低系统电流消耗。如果系统不需要在使用备用电池运行时检测磁篡改，可以在使用电池运行时，直接使 TMA5273 进入睡眠模式，以便降低系统电流消耗，然后在系统能够再次使用交流/直流电源时恢复工作模式。
  • 检测到磁篡改时 GPIO 引脚中断（依赖于器件）：当检测到任何轴的磁通密度超过用户定义的磁性开关阈值时，TMAG5273 能够设置一个中断引脚。为了检测篡改，用户可以将用于中断的磁性开关点设置为所需的磁篡改阈值。当 MCU 处于低功耗模式时，霍尔效应传感器的中断引脚可以唤醒微控制器，并且微控制器无需读取霍尔效应传感器即可确定是否存在磁篡改，因此 MCU 可在使用备用电源运行时进入低功耗模式，直到被霍尔效应传感器的中断引脚唤醒。同时使用通用输入/输出 (GPIO) 引脚中断功能和占空比功率模式时，可以降低系统电流消耗，延长备用电源的使用时长。当霍尔效应传感器的 GPIO 引脚唤醒微控制器后，MCU 随后可检索导致中断的磁场读数检测值，然后再次使用 GPIO 中断启用唤醒和睡眠模式。
  • 交流磁体检测：交流磁体不仅会影响电流互感器，还会影响分流器和罗氏线圈电流传感器。要检测交流磁体，也可以使用线性 3D 霍尔传感器。如图 2-2 所示，检测交流磁体需要足够快的有效采样周期和足够短的睡眠时间，以便在一个交流磁体波形周期内正确采集足够多的样本。有效采样周期相当于获取一组样本所需的时间，取决于器件的内部采样率。由于线性霍尔传感器会提供与实际检测的磁通密度相关的信息，因此相比低采样率霍尔开关，这些传感器能够更好地检测交流磁体。

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图 2-2 检测交流磁体
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