概述

　　按照国网新规范的新一代配电线路故障定位装置，是由采集与汇集单元构成，节点采集信息通过无线传给汇集单元，汇集单元通过3G把信息传输给后台。此方案依托高性能小电流自取电技术，高精度电子式电路互感器技术及低功耗的微功率无线通讯技术，通过对线路电流的高精度测量及高速录波，结合大数据的融合分析，从而准确判断线路短路及各种类型接地故障，快速定位故障区段，缩短线路故障处理时间，提高供电可靠性。规范要求电池使用寿命在8年以上，使用低功耗高性能的无线SI4438+超低功耗的主控EFM32JG1B200F128GM48可以很好地达到规范要求。

优势

• 32位MCU(EFM32)运行功耗60uA/MHz，睡眠功耗1.4uA，唤醒时间仅2us，集成多通道12位高精度ADC采集短路电流、零序电流和接地电流，节省了BOM成本和PCB空间;库存充足，已经有大客户在故障指示器产品里成功应用了此芯片。

EFM32JG1B200F128GM48 ARM Cortex-M3 32 位微控制器

EFM32JG1B200F128GM48 是基于 ARM Cortex-M3 且速度达 40 MHz 的微控制器 (MCU)，并且是 Jade Gecko 节能设备系列的一部分。建立在低能耗平台之上，该低能耗平台包括创新型低能耗技术、快速唤醒时间和最适合能源敏感应用的节能模式 EFM32JG1B200F128GM48。另外，本设备包括 128 kB 闪存、32 B RAM、32 数字 I/O 引脚、2 x 16 位定时器和多种通信接口。

规格摘要

MCU 内核：ARM Cortex-M3 MHz：40 闪存 (kB)：128 RAM (kB)：32 I²S：1 SPI：2 I²C：1 UART：0 USART：2 AES-128 : 是 AES-256 : 是 ECC：是 SHA-1 : 是 SHA-2 : 是 RSA-2048 : 否 数字 I/0 引脚：32 ADC：12 位、24 通道、1 Msps DAC：— LCD：否 封装类型：QFN48 封装尺寸：7 × 7

EFM32JG1B200F128GM32 ARM Cortex-M3 32 位微控制器

EFM32JG1B200F128GM32 是基于 ARM Cortex-M3 且速度达 40 MHz 的微控制器 (MCU)，并且是 Jade Gecko 节能设备系列的一部分。建立在低能耗平台之上，该低能耗平台包括创新型低能耗技术、快速唤醒时间和最适合能源敏感应用的节能模式 EFM32JG1B200F128GM32。另外，本设备包括 128 kB 闪存、32 B RAM、20 数字 I/O 引脚、2 x 16 位定时器和多种通信接口。

规格摘要

MCU 内核：ARM Cortex-M3 MHz：40 闪存 (kB)：128 RAM (kB)：32 I²S：1 SPI：2 I²C：1 UART：0 USART：2 AES-128 : 是 AES-256 : 是 ECC：是 SHA-1 : 是 SHA-2 : 是 RSA-2048 : 否 数字 I/0 引脚：20 ADC：12 位、20 通道、1 Msps DAC：— LCD：否 封装类型：QFN32 封装尺寸：5 × 5

【EFM32JG】

EFM32 Jade Gecko MCU 是全球最节能的微控制器。

EFM32JG1 采用了强大的 32 位 ARM® Cortex®-M3 以及广泛的外围设备选择，包括支持

AES、ECC 和 SHA 的独特加密硬件引擎。这些功能结合超低电流有源模式，再加上能够从

节能模式快速唤醒，使得 EFM32JG1 微控制器既适用于任何电池供电的应用，也适合有着

高性能和低能耗要求的其他系统。

应用示例：

节能

• ARM Cortex-M3(功率为 40 MHz)

• 极低能耗操作：

• 在 EM3 停止模式下，电流为 2.1 μA(CRYOTIMER 运行，状态/RAM 保留)

• 在 EM2 深度睡眠模式下，电流为 2.5μA(RTCC 运行，状态/RAM 保留)

• 在能源模式 0 (EM0) 下，运行功耗为63 μA/MHz

• 支持 AES、ECC 和 SHA 的硬件加密引擎

• 集成直流对直流转换器

• CRYOTIMER 运行低至 EM4 模式

• 5V 容限 I/O

• 物联网设备和传感器

• 健康和健身设备

• 智能附件

• 住宅自动化和安全

• 工业及工厂自动化

EFM32JG1 的重要功能如下所列。

• ARM Cortex-M3 CPU 平台

• 32-位高性能处理器(高达 40 MHz)

• 存储器保护单元

• 唤醒中断控制器

• 灵活的电能管理系统

• 能源模式 0 (EM0) 下，运行耗能为 63 μA/MHz

• 在 EM2 深度睡眠模式(RTCC 运行，状态/ARM 保留)下，电流为 2.5 μA

• 在 EM4H 休眠模式(RAM 保留 128 字节)下，电流为 0.58μA

• 高达 256 kB 闪存程序存储器

• 32 kB RAM 数据存储器

• 多达 32 个通用 I/O 引脚

• 可配置的推挽、开漏、上拉/下拉、输入滤波器和驱动强度

• 可配置的外围设备 I/O 位置

• 异步外部中断

• 输出状态保留和从关机模式唤醒

• 硬件加密

• AES 128/256-位秘钥

• ECC B/K163、B/K233、P192、P224、P256

• SHA-1 和 SHA-2 (SHA-224 和 SHA-256)

• 定时器/计数器

• 2 个 16 位定时器/计数器

• 3 + 4 比较/捕获/PWM 通道

• 1 个 32-位实时计数器和日历

• 1 个 32-位超低耗能 CRYOTIMER，可从任何能源模式定期唤醒

• 16-位低耗能计时器，用于生成波形

• 16-位脉冲计数器，带有异步操作

• 监视程序定时器，配有专用 RC 振荡器

• 8 信道 DMA 控制器

• 12 信道外围设备反射系统 (PRS)，用于 外围设备之间自主传输信号

• 通信接口

• 2 个通用同步/异步接收器/ 发射器

• UART/SPI/SmartCard (ISO 7816)/IrDA/I2S/LIN

• 三重缓冲全双工/半双工操作(带流量控制)

• 低功耗 UART

• 在深度睡眠模式下利用 DMA 进行自主操作

• I2C 接口(带 SMBus 支持)

• 停止模式 (EM3) 下的地址识别功能

• 超低功耗精密模拟外围设备

• 12 位 AD 转换器(1 M 样本/s)

• 2 个模拟比较器

• 数字模拟电流转换器

• 多达 32 个引脚，连接至模拟比较器、ADC 和 IDAC 共用的模拟信道 (APORT)

• 超高效加电复位和欠压检测器

• 调试接口

• 2 引脚串行线调试接口

• 1 引脚串行线查看器

• JTAG(仅用于编程)

• 较宽工作范围

• 单电源供电 1.85 V 至 3.8 V

• 集成直流对直流，输出电压低至 1.8 V，系统负载电流高达200 mA

• 标准温度等级(-40 °C 至 85 °C TAMB)和扩展温度等级(-40 °C 至 125 °C TJ)可供选择

• 封装

• 7 mm × 7 mm QFN48

• 5 mm × 5 mm QFN32

• 预编程 UART 引导装载程序

• 完整软件支持

• CMSIS 寄存器定义

• 低功耗硬件抽象层 (HAL)

• 便携式软件组件

• 第三方中间件

• 可免费获取的代码示例

• 频段范围在425至525MHZ的无线收发器(Si4438)，灵敏度高达—124 dBm，休眠功耗仅740nA且芯片自身有睡眠唤醒的功能;QFN20封装，节省PCB空间，且出货量大，价格便宜，非常适用于电力故障指示器。

【Si4438】

HIGH-PERFORMANCE, LOW-CURRENT TRANSCEIVER

Features

> Frequency range = 425–525 MHz

> Receive sensitivity = –124 dBm

> Modulation

》(G)FSK

》OOK

> Max output power

》+20 dBm

> Low active power consumption

》14 mA RX

> Ultra low current powerdown modes

》30 nA shutdown, 50 nA standby

> Data rate = 100 bps to 500 kbps

> Fast wake and hop times

> Power supply = 1.8 to 3.6 V

> Excellent selectivity performance

》58 dB adjacent channel

》75 dB blocking at 1 MHz

> Antenna diversity and T/R switch control

> Highly configurable packet handler

> TX and RX 64 byte FIFOs

> Auto frequency control (AFC)

> Automatic gain control (AGC)

> Low BOM

> Low battery detector

> Temperature sensor

> 20-Pin QFN package

> IEEE 802.15.4g ready

> China regulatory

Applications

> China smart meters

Description

Silicon Laboratories' Si4438 is a high-performance, low-currenttransceivers covering the sub-GHz frequency bands from 425 to525 MHz. The Si4438 is targeted at the Chinese smart meter market andis especially suited for electric meters. This device is footprint- andpin-compatible with the Si446x radios, which provide industry-leadingperformance for worldwide sub-GHz applications. The radios are part ofthe EZRadioPRO® family, which includes a complete line of transmitters,receivers, and transceivers covering a wide range of applications. Allparts offer outstanding sensitivity of –124 dBm while achieving extremelylow active and standby current consumption. The 58 dB adjacent channelselectivity with 12.5 kHz channel spacing ensures robust receiveoperation in harsh RF conditions. The Si4438 offers exceptional outputpower of up to +20 dBm with outstanding TX efficiency. The high outputpower and sensitivity results in an industry-leading link budget of 144 dBallowing extended ranges and highly robust communication links.

Functional Block Diagram

　　相关元件供应

　　型号：SI4438-C2A-GMR                         品牌：SILICON LABS

　　型号：SI4438-B1C-FMR                          品牌：SILICON LABS

　　型号：Q11C02RX1002200                      品牌：EPSON

　　型号：EFM32JG1B200F128GM48-C0     品牌：SILICON LABS

　　型号：SI4438-B1C-FM                            品牌：SILICON LABS

　　型号：RP104N331D-TR-FE                     品牌：RICOH

      【故障指示器】

　　故障指示器是指一种安装在电力线(架空线，电缆及母排)上指示故障电流的装置。大多数故障指示器仅可以通过检测短路电流的特征来判别、指示短路故障。

　　故障指示器是一种能反映有短路电流通过而现出故障标志牌(红牌)的电磁感应设备。将这故障指示器在配电线路沿线装设，一旦线路发生故障，短路电流流过，故障指示器便动作，故障标志红牌便出现。然后沿线巡视，电源侧至故障点之前的故障指示器都出现红牌，故障点以后的故障指示器都不出现红牌，即可判断，故障点便在最后一个红牌点与其后第一个非红牌点之间。

　　故障指示器通常包括电流和电压检测、故障判别、故障指示器驱动、故障状态指示及信号输出和自动延时复位控制等部分。

　　故障指示器一般安装在架空线、架空电缆或地埋电缆、开关柜母排上，因此它通过检测空间电场电位梯度来检测电压，通过电磁感应检测线路电流。

　　1、故障指示器按应用对象可分为架空型、电缆型和面板型三种类型。

　　架空型故障指示器传感器和显示(指示)部分集成于一个单元内，通过机械方式固定于架空线路(包括裸导线和绝缘导线)，架空型故障指示器一般由三个相序故障指示器组成，且可带电装卸，装卸过程中不误报警。

　　电缆型故障指示器传感器和显示(指示)部分集成于一个单元内，通过机械方式固定于电缆线路(母排)上，通常安装在电缆分支箱、环网柜、开关柜等配电设备上，由三个相序故障指示器和一个零序故障指示器组成。

　　面板型故障指示器由传感器和显示单元组成，通常显示单元镶嵌于环网柜、开关柜的操作面板上的指示器j传感器和硅示单元采用光纤或无线等方式通信，一、二次侧之间可靠绝缘。

　　2、根据是否具备通信功能故障指标器分为就地型故障指示器和带通信故障指示器。

　　就地型故障指示器检测到线路故障并就地翻牌或闪光告警，不具备通信功能，故障查找仍需人工介入。

　　带通信故障指示器由故障指示器和通信装置(又称集中器)组成，故障指示器检测到线路故障不仅可就地翻牌或闪光告警，还可通过短距离无线方式将故障信息传至通信装置，通信装置再通过无线公网或光纤方式将故障信息送至主站。带通信故障指示器还可选配遥测、遥信功能，并将遥测信息以及开关开合、储能等状态量报至主站。

　　3、根据故障指示器实现的功能可分为短路故障指示器、单相接地故障指示器和接地及短路故障指示器。

　　短路故障指示器(又称二合一故障指示器)是用于指示短路故障电流流通的装置。其原理是利用线路出现故障时电流正突变及线路停电来检测故障。根据短路时的特征，通过电磁感应方法测量线路中的电流突变及持续时间判断故障。因而它是一种适应负荷电流变化，只与故障时短路电流分量有关的故障检测装置。它的判据比较全面，可以大大减少误动作的可能性。

　　单相接地故障指示器可用于指示单相接地故障，其原理是通过接地检测原理，判断线路是否发生了接地故障。

　　接地短路故障指示器在设计上，综合考虑了接地和短路时输电线路的特点。

　　(1)故障指示：线路正常运行时显示白色，发生故障时窗口转为红色。

　　(2)在线运行：直接安装在电力线路上，可长期户外带电运行，无须人力维护。

　　(3)自动复位：当线路发生短路故障即开始计时，按选定复位时间自动复位。

　　(4)不同类型：有架空型、电缆型、母排型等。

　　(5)带电装卸：在线路正常运行时，可带电安装和拆卸(母排型除外)。

　　故障指示器的技术本身很成熟，在中、低压开关柜经常使用，最早是简单机械型，如今发展为机械电子型。