不论在发达国家还是在发展中国家，窃电都是一个非常棘手的问题，每年都给供电企业造成巨大损失。现在的防窃电方法多是从管理上采取措施，用这些方法即使查出了窃电行为，也往往由于缺乏依据而无法确定处罚额，甚至有时供电企业面临无法拿出窃电证据的尴尬。只有提高电能表本身的防窃电技术，才能从根本上杜绝窃电发生。由于窃电方法千变万化，防窃电电表设计一直是电表工程师面临的严峻挑战，数字式电表的发展为解决窃电问题提供了新途径。本文介绍的单相数字式防窃电电能表采用了计量芯片STPM01和微控制器P89LPC9401，可以有效防止多种窃电行为。

STPM01计量芯片简介

    STPM01是ST公司推出的第一款电能计量专用芯片，有一个电压通道和两个电流通道，可以测量有功电能、无功电能、视在电能、电网频率、电压有效值和瞬时值以及电流有效值和瞬时值。其电流传感器可以选用ROGOWSKI线圈、电流互感器或者锰铜分流器。它是一款高精度计量芯片，在5%到1,000%动态范围内，可达到0.2%。STMP01主要由两部分组成即模拟部分和数字部分，包括前值放大器、A/D转换器、带隙电压基准、调压器、DSP和SPI接口等。

    芯片上还配置了56位OTP存贮器，可以将校表数据等信息烧录到芯片上。调压器除了向内部模拟和数字电路供电外，还向外部提供3V和1.5V电源。

    电压通道的差分放大器增益为4倍，其输入最大差分信号为±0.3V。电流通道除了前置放大器外，还有一个可编程放大器，两个电流通道的放大倍数可独立编程，这为电流通道选用不同的传感器提供了方便。

    STPM01内部有2个有功电能寄存器，即0类有功电能和1类有功电能。0类为基波有功电能，1类为含谐波的总有功电能(FUND＝1时)。因此利用这两个寄存器可以计算出谐波电能含量。除测量和配置寄存器外片内还设有状态寄存器和模式寄存器。

    通过设置配置位，STPM01可以独立工作，也可以作为单片机外围设备。在独立模式下，STPM01(MON和MOP管脚)可以直接驱动步进电机计度器，同时LED管脚输出有功电能脉冲，脉冲常数通过配置位选择。此模式下，SDA/TD管脚输出窃电指示信号，SCL/NLC管脚输出无负载指示信号，SYN管脚输出电能反向指示信号。上电后，芯片按照OTP中的配置信息进行工作。

    作为单片机外围设备时，STPM01可作为从机通过SPI接口与单片机通信，将测量数据、状态信息和配置信息传送给单片机，单片机还可以修改其配置位，实时更改STPM01的工作方式。配置位APL＝0时，MOP管脚输出电压过零信号，MON输出看门狗信号。而通过设置配置位KMOT，LED管脚可以输出基波有功电能、总有功电能、无功电能或视在电能脉冲；APL＝1时，MOP脚输出电压A/D转换值，MON脚输出电流A/D转换值，LED脚输出电流通道选择信号。

    STPM01有两个电流通道，可分别用于监测火线和零线电流，当两者的差别超过设定阀值时，芯片进入窃电状态，取较大者用于电能计算。阀值可通过配置位设为12.5％或6.25％。当两通道电流符号不同时，不判断电流大小直接进入窃电状态。在窃电状态下，窃电状态位BIT置位，如果此时芯片工作在独立模式，窃电状态还通过SDATD管脚输出。

    STPM01还有一种单线计量模式。如果FRS设为1，在没有输入电压信号或电压信号稳定不变时，芯片进入单线计量模式。此时不对电压信号采样，而用设定的额定电压计算电能(按功率因数为1计算)。单线计量模式要求电流传感器必须采用ROGOWSKI线圈。累加方式也可以选择，配置位ABS置1时电能按绝对值累计，ABS清零时电能按代数和累计。

P89LPC9401微控制器简介

    P89LPC9401是一款低成本单片机，它采用了高性能处理器结构，指令执行时间只需2到4个时钟周期，6倍于标准80C51器件。它实际上是P89LPC931微控制器和PCF8576D液晶驱动器的复合体。其主要特性如下：8KB的Flash程序存储器，单字节擦除特性使每个字节都可用作非易失性数据存储器；256B RAM数据存储器；4×32段LCD驱动器；2个模拟比较器，2个16位定时/计数器和1个RTC定时器；8个键盘中断输入，2路外部中断输入；4个中断优先级；有20~23个I/O口，端口驱动能力20mA；具有I2C、SPI和增强型UART端口；CPU时钟可选择片内看门狗振荡器、片内RC振荡器、外部晶振振荡器或外部时钟源；掉电检测可在电源故障时使系统安全关闭；具有空闲和两种不同的掉电模式及唤醒功能；可选择片内复位或外部复位；支持ICP、