【正文】 課程設計報告課程名稱：單片機在礦山監(jiān)控中的應用設計課題名稱：多用戶電子式電能表的設計姓名 ＿ 學號 ＿ 專業(yè) 電氣工程及其自動化 班級 ＿091 ＿ 2012 年 1 月 6 日目錄一、 設計任務 3 設計目的 3 設計要求 3二、 硬件設計 3 設計總體框圖 3 設計參數(shù) 4 光電隔離電路 7 C8051F360單片機部分管腳及參數(shù) 8 器件選擇 8 設計原理圖 10三、 軟件設計 14 主程序框圖 14 顯示用戶及相應電能子程序框圖 14 查詢鍵盤程序框圖 15 送LED顯示子程序框圖框圖 15 中斷子程序框圖 16 24C16讀程序框圖 17 24C16寫程序框圖 18四、 程序清單 19五、總結…………………………………………………………………………………………29多用戶電子式電能表的設計 石信亮摘要： 本文介紹了一種以單片機C8051F360為核心，采用專用電能計量芯片AD7755設計的單相多用戶電子式電能表，并提供了其硬件和軟件設計結構簡單，價格便宜，適合一戶一表使用。該電能表可實現(xiàn)電能計量、數(shù)碼管顯示、時間校正及時，功耗低，掉電后自動存儲數(shù)據(jù)等功能。
關鍵詞：電能表；單片機；硬件設計；軟件設計0引言隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，各行各業(yè)對電的需求越來越大，不同時間用電量不均衡的現(xiàn)象也日益嚴重。為緩解我國日趨尖銳的電力供需矛盾，調(diào)節(jié)負荷曲線，改善用電量不均衡的現(xiàn)象，全面實行峰、平、谷分時電價制度，“削峰填谷”，提高全國的用電效率，合理利用電力資源，國內(nèi)部分省市的電力部門已開始逐步推出了多費率電能表，對用戶的用電量分時計費。電能表自誕生至今已有100多年的歷史，隨著電力系統(tǒng)及其相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及電能管理系統(tǒng)的不斷完善,電能表的結構和性能也經(jīng)歷了不斷更新、優(yōu)化的發(fā)展過程:由最初的感應電能表,發(fā)展到后來的感應系脈沖電能表,直至現(xiàn)在的純電子式電能表。感應系電能表是利用處于交變磁場的金屬圓盤中的感應電流與有關磁場形成力的原理制成的。感應系脈沖電能表仍采用感應系電能表的測量機構作為工作元件,由光電傳感器完成電能脈沖轉(zhuǎn)換,然后經(jīng)電子電路對脈沖進行處理,從而實現(xiàn)對電能的測量。純電子式電能表的原理是采用電子電路來實現(xiàn)電能計量,所以電子式電能表的共同特點是采用乘法器,根據(jù)所依托的乘法器為模擬的還是數(shù)字的分為模擬乘法器型電子電能表和數(shù)字乘法器型電子電能表。本文給基于C8051F360 單片機的一種新型單相多用戶電能表設計，采用 AD7755電能計量芯片，電能計量準確。該電能表具有分時段計量，八段數(shù)碼管顯示，時間校正及時，功耗低，掉電后自動存儲數(shù)據(jù)的特點。 一、 設計任務 設計目的通過計算機編程實現(xiàn)多用戶電子式數(shù)碼顯示電能表的功能。本次設計用戶數(shù)為八戶，即實現(xiàn)八位用戶循環(huán)顯示電能量。同時，基于E2PROM 24C16芯片實現(xiàn)單片機的掉電數(shù)據(jù)保護，基于74HC165芯片實現(xiàn)單片機的清零。 設計要求基于AD7755芯片實現(xiàn)電能脈沖的發(fā)生；應用單片機C8051F360編制程序完成脈沖的讀取、計數(shù)、計算、存儲、送顯示等功能；應用74HC164及八段譯碼顯示器完成數(shù)據(jù)的顯示；應用74HC165及鍵盤控制對脈沖清零；應用E2PROM 24C16完成數(shù)據(jù)的定時寫入以防停電時數(shù)據(jù)丟失。二、 硬件設計 設計總體框圖線路電壓線路電流電壓互感器電流互感器電能轉(zhuǎn)換脈沖芯片AD7755光電耦合C8051F360單片機74HC164及八段譯碼顯示E2PROM24C1674HC164鍵盤清零穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源 設計參數(shù)基準電壓： 220V177。10%基準電流：Ib=5A最大電流：Imax=4Ib=20A計量精度：1％最小電流：Imin=2%Ib=脈沖數(shù)：1000/3﹑ AD7755相關參數(shù)計算電能變換電路采用AD7755芯片（Ib=5A,C=1000KW/h）,工作時AD7755芯片將電流采樣信號和電壓采樣信號送入緩沖放大器，經(jīng)模擬乘法器相乘，再經(jīng)V/F轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換將電壓信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號，AD7755芯片的快速脈沖輸出為1000脈沖/KWh，與用戶使用電能相對應。 輸出的快速脈沖信號送給單片機，我們采用C8051F360單片機對方波信號進行采集和計數(shù)，P2口（8位）工作即可對8戶電能脈沖進行采集與計數(shù)，本實驗我們將為每戶開辟1個字節(jié)的內(nèi)存計數(shù)。簡單的ADE7755外圍應用電路是由電流采樣電路、電壓采樣電路、輕載調(diào)節(jié)電路、頻率選擇電路、高頻輸出和低頻輸出等組成?，F(xiàn)對各個電路進行單獨分析。下圖為 AD7755性能測試電路 AD7755性能測試電路（1） 電流采樣電路： 電流采樣電路，其中F1為分流器，RR2為采樣電阻，CC2為采樣電容，他們?yōu)殡娏鞑蓸油ǖ捞峁┎蓸与妷盒盘?，采樣電壓信號的大小由分流器的阻值和流過其上的電流決定。電流采樣通道采用完全差動輸入，V1P為正輸入端，V1N為負輸入端。電流采樣通道最大差動峰值電壓應小于470mV，電流采樣通道有一個PGA，其增益可由ADE7755的G1和GO來選擇，見表1： 表1G1G0增益最大差動信號001177。470Mv012177。235Mv108177。60Mv1116177。30Mv當使用分流器采樣時，GG0都接高電平，增益選擇16，通過分流器的峰值電壓為177。30mV，當設計電表為5（20）A規(guī)格時，分流器阻值選擇為500uΩ，當流過分流器的電流為最大電流20A時，其采樣電壓為500uΩ20A=10mV，不超過峰值電壓半滿度值，這樣考慮能允許對電流信號和高峰值因數(shù)進行累計。當使用互感器采樣時，： 互感器采樣電路 UIT=1/5F143600使用互感器采樣時，GG0都接低電平，增益選擇1，電流采樣通道最大差動峰值電壓為177。470mV，其差動信號由互感器的二次側(cè)電流流過電阻R30和R31產(chǎn)生，互感器二次側(cè)額定電流為5mA，當過載4倍時，二次側(cè)電流為20mA，其流過電阻R30和R31產(chǎn)生的差動信號為96mV，遠小于峰值電壓半滿度值（235 mV）。R1C1和R2C2組成兩個低通濾波器，衰減掉那些無用的高頻分量，從而防止有用頻帶內(nèi)的失真。RRCC2阻值、容值的選取對電表的性能有很大的影響，因此取值為R1= R2=300歐，C1=C2=27nF。（2） 電壓采樣電路：R24390K/R23390K/R9R1256KR13100KR14200KR1015KR1130KR8R72KR19100KC31000pFR4820166。184。R5820166。184。C41000pFAGNDAGNDR61KR31166。184。AGNDJ9J8J7J6J5J4J3J2J1