畢業(yè)論文--基于單片機(jī)的多費率電表設(shè)計(專業(yè)版)

　　

【正文】 [21]應(yīng)懷樵，沈松，劉進(jìn)明。 [13]蔡澤彬，鄧?yán)凇? [4]周文舉。 與斷相事件有關(guān)的 ADE7758 寄存器初始化參數(shù)計算。 P2amp。0xlc 0xlc 判斷為真。 M 400 時， N 200X+（ M200） Y 元 。在主程序的一次循壞過程中，當(dāng)負(fù)荷功率小于 90％朋時 flag3 1；當(dāng)負(fù)荷功率大于尸秒時 flag3 O；在 PO90％ PO 之間時， flag3 保持上次賦值結(jié)果不變；其中 flag4 用來存儲上次循環(huán)中 flag3 的墩值。當(dāng)負(fù)荷功率小于 90％ P0 時flag3 l；當(dāng)負(fù)荷功率大于朋時 flag3 O；在 P0～ 90％ P0 之間時， flag3 保持上次賦值結(jié)果不變。電能計量采用中斷方式進(jìn)行，保證了電能計量的及時性。 嵌與存儲函數(shù) 存儲芯片采用 AT24C02．存儲模塊與單片機(jī)的接口定義如下 :SDA ； SCL 。 485 總線發(fā)送和從 R8 485 總線接收數(shù)據(jù)。短路測試用來分析 PCB 電路各芯片電源端子與接地端子之間有無短路問題。可以按照文獻(xiàn) [26]的有關(guān)制版介紹，在電腦上運(yùn)行 Protel 軟件，從繪制簡單的 PCB 電路開始，逐步熟悉設(shè)計過程。 表 43 CD4053 真值表 控制端子 信道選擇 INH C B A 0 0 0 0 cx,bx,ax 0 1 1 1 cy,by,ay 塊控制 系統(tǒng)電源模塊由主電源和后備電源兩部分組成。硬件電路設(shè)計參考圖 46 所示。 表 41 HC1602 操作說明 RS R/W 操作說明 0 0 把指令寫入寄存器初始化 LCD 0 1 讀 LCD“忙”狀態(tài)標(biāo)志 1 0 把數(shù)據(jù)寫入寄存器，顯示 儲AT24C02 存儲芯片采用 AT24C02。 ADE7758 每產(chǎn)生一個有功或無功脈沖，對應(yīng)的 LED3 或 LED2 會閃亮一次。 圖 42 計量電路原理圖 以 ADE7758 的 A 相電流、電壓通道為例分析。方案選擇輸入信號最大為177。 通過按鍵進(jìn)行時鐘初值輸入調(diào)整。 采用 ADE7758 計量芯片和 AT89C52 設(shè)計三相電能表，單片機(jī)的 TO、 T1 對ADE7758 的 APCF、 VARCF 端子發(fā)出的脈沖計數(shù)，實現(xiàn)有功、無功等多個電量參數(shù)的計量。2 方案的對比與選擇 計量模塊 用于測量電量的計量模塊：有 ADE7755,ADE7751,ADE7758 其中 ADE7751 具有分時計費功能，能夠在停電后一段時間內(nèi)保持正常工作， ADE7755 還可提供 基于輸電線電壓和電流計算的瞬時有功功率和平均有功功率 ADE7755 中使用的唯一模擬電路是 ADC 和參考電壓電路。當(dāng)設(shè)計一個新的產(chǎn)品時，開發(fā)人員只需要將精力集中于產(chǎn)品的新模塊、新功能的開發(fā)，以及模塊的集成上，進(jìn)而有效縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高產(chǎn)品設(shè)計的可靠性。電能表的計量精度、功能擴(kuò)展、抄表方式等發(fā)生了深刻變化，電能的科學(xué)管理和合理利用進(jìn)入實施和操作階段。畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的多費率電表設(shè)計 摘 要 本文以智能計量總表為研究對象，采用計量芯片 ADE7758 和 AT89C52 設(shè)計三相電能表，介紹了計量電路原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點以及分段計量的軟件設(shè)計與實現(xiàn)。在這種背景下，電能表的功能、性能、以及可靠性設(shè)計等都有了顯著提高與改進(jìn)，電能表技術(shù)面臨難得的發(fā)展機(jī)遇。 測量電路的集成化、模塊化是計量芯片的發(fā)展趨勢。這種信號處理方法可在隨環(huán)境條件和時間變化的很大范圍內(nèi)提供優(yōu)異的穩(wěn)定性和精度。單片機(jī)通過 12C 總線進(jìn)行電量參數(shù)的定時存儲，通過按鍵進(jìn)行電量參數(shù)的查詢，通過液晶 HCl602 進(jìn)行電量參數(shù)的顯示，通過 RS． 485 總線進(jìn) 行電量參數(shù)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送，采用 AT24C02 芯片進(jìn)行電量參數(shù)的存儲。 實現(xiàn)異常事件的中斷記錄，其中異常事件包括斷相、過流、過壓等三種情況。 18 IRQ 中斷輸出引腳，外接 10K 上啦電阻，低電平有效；與單片機(jī) INT1 端口相接。參考圖 4― 2 所示，電流通道采用差動方式輸入，信號電壓小于 ；設(shè)計最大負(fù)荷電流時為 。 IRQ 為 ADE7758 中斷輸出端子，低電平有效，漏極開路，外接 lOkQ 的上拉電阻。該芯片具有 1℃總線接口，具有掉電后數(shù)據(jù)不丟失特點。 圈中由 DE 端子控制 485 芯片的發(fā)送 /接收使能。主電源模塊由變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成硎，其中整流電路采用 DBl07 集成模塊，穩(wěn)壓電路采用 780 LM7905 集成電路模塊；后備電源采用可充電的 LIR2032 鋰電池，電源模塊設(shè)計如圖 47 所示。在進(jìn)行 PCB 電路設(shè)計時，在每一芯片的電源端子和地之間接入 p F的去耦電容；電源線、地線和芯片的接地線應(yīng)盡可能加寬。由于載入元器件封裝時通過手工焊接，引線和元器件較多，會由于經(jīng)驗不足而可能導(dǎo)致電源端于和接地端子接成短路。測試針對 PCB硬件電路設(shè)計進(jìn)行，不涉及通信協(xié)議及軟件編程。這一部分主要完成四個功能函數(shù)的設(shè)計、仿真與調(diào)試。系統(tǒng)在進(jìn)入主循環(huán)之前，要進(jìn)行與中斷 TO、 TINTO、 INTl 有關(guān)的 AT89C52 寄存器初始化、 ADE7758 初始化、。在主程序連續(xù)的兩次循環(huán)中，若 flag3 兩次賦值結(jié)果不同，就認(rèn)為功率分段條件滿足。功率參數(shù)檢測通過調(diào)用函數(shù)bit power_check0 實現(xiàn)。 400 時， N 200X+（ 400200） Y+（ M400） Z 元 。按鍵狀態(tài)檢測參考表 63 所示。0x04 0x04 進(jìn)入時鐘初值輸入調(diào)整 K K4 按下 P2amp。 SAGLVL add： 0x1E 寄存器用來設(shè)置電壓掉電檢測閾值。基于單片機(jī)紅外無限通信的抄表系統(tǒng)。基于 ADE7758 三相多功能電能表的設(shè)計。頻率混疊在時域和頻域現(xiàn)象中的研究。 RS485 總線在智能抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用研究。高精度三相電量計量芯片的比較。全電子式預(yù)付費磁卡電能表的應(yīng)用及其效益分析。在中斷屏蔽寄存器中，把 SAGA、 SAGB、 SAGC 標(biāo)志位置 1，進(jìn)行中斷使能設(shè)置；單片機(jī)檢測到中斷復(fù)位寄存器中 SAGA 標(biāo)志位為 l，則可以初步判斷 A 相電壓掉電。0x18 0 amp。由于 K日、 K4 分別接入 單片機(jī)的 、 、 口，當(dāng)沒有鍵按下時， P2 P2 F2 2 為高電平 t 此時條件 P2amp。 根據(jù)上述衰減倍率，在圖 61 中，電阻 Rf4 分壓信號轉(zhuǎn)換為圖 32 中電流傳感器一次端電流信號 I 和電壓互感器一次端電壓信號 Vn，計算公式分別如下： 電阻 Rf Rf4 串聯(lián)分壓信號轉(zhuǎn)換為圖 32 中電流傳感器一次端電流信號 L，計算公式分別如下： 根據(jù)式 、式 、式 計算出轉(zhuǎn)換后的負(fù)荷電流、電壓參數(shù)，瞬時有功功率理論值計算結(jié)果如下： 當(dāng) A 與 A2 端子連接時： 當(dāng) A 與 A1 端子連接時： 另一方面， lkWh 電量等效為 200 個有功能量脈沖，若負(fù)荷電流為 30A，額定電壓為 10kV，功率因數(shù)為 1，則有功脈沖輸出頻率 f 計算如下： 電費的計算 該設(shè)計電路是為計算普通用戶在一個月內(nèi)所用的用電量，由及得出用戶的電費，而本次多費率電表設(shè)計實驗的電費計算方式則采用目前比較流行的計算方法，具體的運(yùn)算方法如下： 假設(shè)用戶一個月所用的電量即用電度數(shù)為 M，用戶該月所需交的費用為 N，每度電的費用 X,Y,Z. 計算公式如下： 200 時， N MX 元 。定 義兩個位變量 flag3 和flag4。定義兩個位變量 flag3 和 flag4。 軟件總體設(shè)計 主程序設(shè)計流程主要圍繞電量參數(shù)的計量展開。問題轉(zhuǎn)換為如何進(jìn)行顯示函數(shù)的設(shè)計與仿真調(diào)試。利用 ME300B 的在線仿真功能，編寫測試源程序；參考 RS485 接口電路設(shè)計圖 46，結(jié)合 KeilC51 的斷點調(diào)試命令，用萬用衷測 試相應(yīng)端子電壓，檢測單片機(jī)能否向 RS。 系統(tǒng)硬件電路測試 塊測試 首先進(jìn)行系統(tǒng)短路測試。電路板設(shè)計規(guī)則一般包括電路板的布線規(guī)則、制作規(guī)則、有關(guān)高頻的設(shè)計規(guī)則以及其他設(shè)計規(guī)則等幾個方面。 CD4053 真值關(guān)系參考表 43 所示。 口芯片 485 電能表配備通信 RS485 接口具有成熟性和性價比高的優(yōu)勢，硬件設(shè)計時預(yù)留出 RS485 通信接口，采用 485 接口芯片。通過控制端子 Rs、 R/W 的狀態(tài)組合實現(xiàn)指令的寫入以及數(shù)據(jù)的讀、寫操作，操作說明參考表 32 所示。 R R9 為限流電阻，對單片機(jī)的 I/O 口起到限流保護(hù)作用。脈沖輸出頻率與能量寄存器中累加的能量成正比，通過對脈沖計數(shù)實現(xiàn)電量參數(shù)的累加。 13， 14 15, 16 VN,VCP VBP,VAP 電壓 通道模擬信號單端輸入。 通過對時問參數(shù)的檢測，實現(xiàn)電量參數(shù)的定時存儲和有功電量的分時段計量 。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖有以下幾個模塊組成，計量模塊、主控模塊、顯示模塊、存儲模塊、看門狗復(fù)位模塊、時鐘模塊、 RS 一 485 通信模塊、計量回路選通模塊、后備電源和主電源切換電路等。電子式電能表有多功能、高精度、多費率、自動抄表等優(yōu)勢，逐步成為電能表發(fā)展的主流。電能表的硬件和軟件可以采用模塊化設(shè)計，將技術(shù)相對成熟和標(biāo)準(zhǔn)的部分進(jìn)行封裝入庫， 如計量模塊、電源模塊、 RS． 485 模塊、 RTC模塊、顯示模塊、繼電器控制模塊、 IC 卡模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊等。隨著電能計量芯片的推陳出新 ，復(fù)費率電能表、防竊電電能表、配置 RS485 通信及紅外通信接口的電能表以及三相多功能電能表發(fā)展迅速。針對 10― 35kV 輸配電網(wǎng)正常負(fù)荷和超低負(fù)荷兩種情況下的精確計量，提出按功率額度實時分段計量的電能表設(shè)計方案；為了調(diào)整電力負(fù)荷曲線，針對用電量的時間不均衡問題，提出復(fù)費率分時段計量方案。 1 電能表技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 早在本世紀(jì)初，電子式電能表就已經(jīng)取代感應(yīng)式表，成為工商業(yè)用表的主流。當(dāng)前，各大型器件公司紛紛推出自己的計量芯片，并不斷的進(jìn)行產(chǎn)品更新?lián)Q代。 由上比較在計量模塊上我選擇了 ADE7758 作為測量電量的模塊。考慮到存儲芯片擦寫次數(shù)的有限性，電量參數(shù)的計量累加在單片機(jī)內(nèi)部完成。 4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計及介紹 本章節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路設(shè)計、功能模塊劃分和元器件選型。 19,20 CLKIN, CLKOUT 10MHz 輸入、輸出引腳。 IAP 為差動信號的正極性輸入端子， IAN 為負(fù)極性輸入端子：各端子的抗混疊濾波網(wǎng)絡(luò)由 lkQ 的電阻和 10nF 的電容組成。當(dāng) ADE7758 檢測到中斷發(fā)生時， IRQ 向低電平跳變，發(fā)出 INTl 中斷申請；單片機(jī)通過讀取 ADE7758 狀態(tài)復(fù)位寄存器內(nèi)容，判斷中斷事件的類型。 AT24C02 結(jié)構(gòu)圖如圖 45 所示 圖 45AT24C02 結(jié)構(gòu)圖 存儲主要包括電量參數(shù)的存儲和異常事件的記錄存儲。 DE 端子與單片機(jī)的 口連接。 7805 的 +5V 輸出通過 JP5 跳線與系統(tǒng)的 +5V 網(wǎng)絡(luò)連接。進(jìn)行電路板設(shè)計時，在芯片的電源引腳和接地引腳之間接入一個 的去耦電容。短路會造成芯片的燒壞，導(dǎo)致 PCB 系統(tǒng)不可用。測試結(jié)果如表 41 所示。四個功能函數(shù)分別