【正文】 基于AT89S52單片機的三相電度表研究摘要 本文以智能計量總表為研究對象，采用計量芯片ADE7758和AT89$52設計三相電度表，介紹了計量電路原理、系統(tǒng)結構特點以及分段計量的軟件設計與實現(xiàn)。針對1035kV輸配電網正常負荷和超低負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度表設計方案；為了調整電力負荷曲線，針對用電量的時間不均衡問題，提出復費率分時段計量方案。 采用雙變比電流傳感器進行信號的檢測采樣，當負荷電流低于額定電流的20％時，單片機通過檢測功率，自動切換到低負荷計量回路，即小電流比計量回路，最大限度降低了電流傳感器低負荷運行時造成的信號檢測誤差，提高電能計量精度。單片機通過對瞬時有功功率的檢測，實現(xiàn)了計量回路的實時選通切換和功率分段計量：通過對時間參數(shù)的檢測，實現(xiàn)了定時存儲和分時段計量。 根據(jù)電度表參數(shù)配置進行ADE7758初始化參數(shù)計算。為了評估電度表計量數(shù)據(jù)的真實性和有效性，對模擬信號輸入電路進行試驗設計，應用ME300B單片機開發(fā)系統(tǒng)進行在線仿真調試。以功率參數(shù)為性能指標，通過仿真試驗，對功率參數(shù)的理論值和電度表的顯示值兩組數(shù)據(jù)進行分析比較，得出電度表計量數(shù)據(jù)是真實有效的結論。采用雙變比電流傳感器進行電度表設計，擴大了負荷計量范圍，提高了電能計量精度，且計量回路切換無需進行人工干預。該方案有望實現(xiàn)全量程的精度均衡和精確計量，為具有實時分段計量功能的三相電度表設計提供一種可行的方案。目前，已完成樣表的設計與測試工作?；诰_的試驗平臺，完成對電度表的增益和偏差校準，即可進行現(xiàn)場試驗和數(shù)據(jù)采集，具有良好的市場應用前景。關鍵詞：實時分段， 精確計量，仿真試驗，ME300B，ADE7758，AT89S52AbstractThe intelligent total energy meter iS studied and discussed in this paper．With ADE775 8as electrical energy measurememt IC and AT89S52 as control unit，the principium ofmeasuring circuit，and characters of system structure，design and realization of hardware and software for powersubsection are introduced．As to achieving accurate measurement undernormal load and lower load for 1 0～35kV power system，this Paper presents a new strategy of three．phase watt．hour meter with the function of real．time measuring in section according toload power．Considering time unbanlance of powerconsumption，another strategy of multi．rate time—subsection measuring to regulate powerload curves is alSO proposed．In this paper,current sensors with double ratios are used to carry out signal detecting and sampling．When the load current iS below 20％of rated value．the singlechip regulates ratios of current sensors to lower 10ad measuring circuit．which reduces current sensor’S detecting error under lower laod．and enhances accurate measurement．By means of power parametersdetecting．the adjustment of measuring circuits between normal load and lower 10ad are finished．Time memory and time．subsection measuring are realized by time parametersdetecting．The initial values of ADE775 8 are puted according to the configurations of meter parameters．In order to evaluate the authenticity and ef|ficiency for the measuring data，this paper designs the analog input circuits，and uses ME300B to do simulation and debugging on line．Using power parameters as evaluation index．the experiment results show that the measuring data are valid and faithful，by means of paring power parameters that puted in theory and that displayed by three．phase watthour meter．In the design of three．．phase watt．．hour meter,current sensor with double ratios enlarges the load measuring range and enhances measuring precision．This scheme can be expected torealize the whole．process precision balance and accurate measurement，and alSO provides a method for realtime subsection measuring．The design process and test process have been finished．With accurate experiment。table，gain calibration and offset calibration Call be done，and this scheme has a good application value．Keywords：real—time subsection measuring，accurate measurement，simulation and experiment， ME300B，ADE7758，AT89S52符號約定及其說明一、變量定義及顯示代碼(斜體時表示變量，正體時表示顯示代碼)RO 總的無功電量ED 總的有功電量EJ 分時段有功電量(00：00～12：00)E2 分時段有功電量(12：00～00：00)E3 按負荷功率分段小負荷計量時有功電量E4 按負荷功率分段正常負荷計量有功電量P 瞬時有功功率V 瞬時無功功率腳斷相事件次數(shù)H2 單相過流事件次數(shù)H3 單相過壓事件次數(shù)二、按鍵功能說明K1 手工復位K2 分時段電量參數(shù)查詢顯示K3 按功率分段電量參數(shù)查詢顯示K4 瞬時有功、無功功率參數(shù)查詢顯示三、電度表參數(shù)MC 電度表脈沖常數(shù)PO 有功功率分段參考Imax 滿足計量精度的負荷額定最大電流Vn 負荷額定電壓值Vf ADE7758電流、電壓通道信號輸入Ifullscal ADE775 8電流通道滿刻度輸入對應的負荷電流Vfullscale ADE7758電壓通道滿刻度輸入對應的負荷電壓Wh/LSB ADE7758有功能量寄存器最低有效值VARh/LSB ADE7758無功能量寄存器最低有效值第一章緒論電度表技術正向著復費率、多功能、網絡化的方向發(fā)展。電能計量芯片ADE775ATT7022B等在電度表設計中的應用，提高了電能計量精度，簡化了電度表設計結構。隨著電能計量芯片的推陳出新，復費率電度表、防竊電電度表、配置RS485通信及紅外通信接口的電度表以及三相多功能電度表發(fā)展迅速。電度表的計量精度、功能擴展、抄表方式等發(fā)生了深刻變化，電能的科學管理和合理利用進入實施和操作階段。在這種背景下，電度表的功能、性能、以及可靠性設計等都有了顯著提高與改進，電度表技術面臨難得的發(fā)展機遇。1．1電度表技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢早在本世紀初，電子式電度表就已經取代感應式表，成為工商業(yè)用表的主流。隨著電力系統(tǒng)在不斷擴展三相多功能表的應用領域，三相多功能表的需求呈明顯上升趨勢。功能的擴展提升了供電部門對居民用電的現(xiàn)代化管理，為將來實現(xiàn)大規(guī)模自動抄表提供了基礎。其中復費率表得到了很多經濟發(fā)達而電力緊張的地區(qū)供電部門的青睞，復費率表的技術因此也得以迅速提高和發(fā)展。預付費表技術趨于完善。一方面由于供電部門加大對欠費用戶的管理力度，使市場需求升溫，另一方面由于技術改進，特別是使用了CPU卡和非接觸式卡等最新技術，使預付費表的性能尤其是安全性和可靠性方面已逐步趨于完善。目前，江南大學學生宿舍所用電度表就是預付費電度表，有效進行了電能管理。文獻【1】進行了基于RFID的預付費電度表的研制，文獻[2]給出預付費電度表的設計方案，文獻【3】進一步給出磁卡式預付費電度表的應用及其效益分析。上述文獻為預付費電度表的研制提供了設計經驗。自動抄表技術發(fā)展頗具前景。近幾年來，隨著通信技術的不斷進步以及電力市場應用的需要，國內自動抄表技術水平取得了長足的進步。低壓電力線載波技術逐步被越來越多的電力部門所采納，短距離紅外抄表技術得到應用和推廣。文獻【4】基于單片機紅外通信實現(xiàn)了無線抄表系統(tǒng)設計，文獻【5】闡述了智能抄表系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展，文獻【6】基于低壓電力載波技術實現(xiàn)了單相電子式電度表的設計，文獻【7】把電力載波技術和GPRS技術相結合，闡述了遠程抄表系統(tǒng)的設計實現(xiàn)方案。在無線抄表方式中，紅外方式用于短距離通信，而GPRS技術可以實現(xiàn)遠程長距離通信。隨著社會需求的發(fā)展和科學技術的進步，無線通信技術和遠程管理系統(tǒng)得到了廣泛應用。文獻[8]給出基于無線網絡通信技術的電力資源遠程智能管理系統(tǒng)的設計和應用。文獻[9]基于GPRS技術進行了無線抄表系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)；文獻[10]基于ADE7758計量芯片進行了GPRS網絡電度表的設計。電子式電度表在可靠性、準確度、功能擴展、性價比等方面顯著優(yōu)于感應表，有全面取代感應表的趨勢。防竊電要求進一步加強。隨著竊電方式的更加多樣化和隱蔽化，對電度表防竊電的要求也越來越高，電子式電度表表現(xiàn)出強大的優(yōu)勢。文獻【1 1】【12】闡述了三相電度表的錯接線對電能計量的影響。增強電度表的諧波計量能力，是提高電能計量準確度的有效手段。文獻【13】對非正弦條件下的感應式電度表的計量精度問題進行分析；文獻[141對非正弦條件下電力系統(tǒng)的特性進行分析，并研究了在線計量問題。具有通信接口尤其是RS一485接口成為趨勢。隨著抄表到戶的逐步實施以及電力部門的體制改革，自動抄表成為用戶強烈的需求，因此越來越多地要求電度表配備通信接口。目前的通信方式在一個或幾個方面或多或少存在一些問題，無法全面滿足用戶的要求。而電度表配備RS一485接口具有成熟和性價比的優(yōu)勢，適合未來采用更新、更好的通信技術，因此成為用戶目前較為理想的選擇而逐漸成為標準配置。文獻[15]進行了RS485電路的匹配和保護性研究，文獻[16]實現(xiàn)了PC機與RS一485總線多機串行通信的軟硬件設計。模塊化設計成為趨勢。隨著電力市場改造力度加大，對電度表的技術更新速度也提出了更高的要求。電度表的硬件和軟件可以采用模塊化設計，將技術相對成熟和標準的部分進行封裝入庫，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。當設計一個新的產品時，開發(fā)人員只需要將精力集中于產品的新模塊、新功能的開發(fā)，以及模塊的集成上，進而有效縮短產品的開發(fā)周期，提高產品設計的可靠性。測量電路的集成化、模塊化是計量芯片的發(fā)展趨勢。當前，各大型器件公司紛紛推出自己的計量芯片，并不斷的進行產品更新?lián)Q代。比較典型的有美國ADI公司推出的ADE7758計量芯片，珠海炬力公司推出的ATT7026A和北京福星曉程電子公司推出的PL3223。上述三種芯片都集成了DSP數(shù)字信號處理技術，支持硬件和軟件兩種校表方式，計量精度高，且外圍電路設計簡單。文獻[17]介紹了三種計量芯片的工作原理，比較了各自的性能指標，為合理選擇芯片提供參考。以ADE7758計量芯片【1 8】為例說明。ADE7758是一款高精度的三相電量計量芯片，可以同時處理有功、無功等多個電量參數(shù)，符合IEC61036標準。在250C條件下，有功能量計量在1000：l動態(tài)范圍內誤差小于O．1％。文獻[19]一[21]闡述了ADE7758計量芯片在電度表設計中的具體應用。目前，我國感應式電度表仍占據(jù)相當?shù)氖袌?。峰谷分時電價和避峰電價政策的出臺，將推動多費率表市場需求。尤其是大工業(yè)用戶，對三相多費率表的需求，會較快增長。此外，三相高精度多功能表也將得到重點發(fā)展。該電度表目前主要用于發(fā)電廠、變電站和各大用戶，并不斷擴大到普通三相表用戶中。電子式電度表有多功能、高精度、多費率、自動抄表等優(yōu)勢，逐步成為電度表發(fā)展