【正文】 growing demand of the threephase smart energy meter, and puts forward ??a highprecision, multiparameter measurement, harmonic power energy metering, realtime measurement of technical requirements.The intelligent threephase energy meter is studied and discussed in this paper．With ADE7878 as electrical energy measurement IC and AT89S52 as control unit，the principium of measuring circuit, the design of hardware circuit, and characters of system structure are introduced．As to achieving accurate metering under normal load for power system，this Paper presents a new strategy of threephase energy meter with the function of subperiod metering and remote munication.In this article, the basic idea which smart threephase watthour meter is to achieve is summarized as follows:With the use of CT and PT, seven channels of analog signals input the measurement chip ADE7878；With the use of analogtodigital conversion, digital signal processing, energy measurement, and digitalto frequency conversion, the measurement chip ADE7878 achieves electricity SPI output and pulse output；MCU AT89S52 achieves accurate metering of power by the detection of the instantaneous active power, and plies timing storage and instantaneous measurement by the detection of time parameter.This article includes the following three aspects of the specific design：achieving the measurement of the threephase power parameters, which include the accurate acquisition of voltage and current signals；the design of the system block diagram；the system hardware circuit design, specifically including the design of the metering circuit, the interface circuit between the measurement chip ADE7878 and the MCU AT89S52 ,MCU peripheral circuit design, and the design of the display module, data storage, the clock chip and power supply modules.This design pleted the theoretical design of the hardware part of the smart watthour meter. Given the capabilities and limitations of the experimental environment, we haven39。本文包括以下三個(gè)方面的具體設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)三相電參量的測(cè)量，即電壓和電流信號(hào)的精確采集；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖的設(shè)計(jì)；系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，具體包括計(jì)量電路的設(shè)計(jì)，計(jì)量芯片ADE7878與單片機(jī)AT89S52的接口電路設(shè)計(jì)，單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)以及顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、時(shí)鐘芯片和電源模塊的設(shè)計(jì)。本人簽名： 日期： 摘 要隨著電網(wǎng)的大規(guī)模的改造與建設(shè)，電力系統(tǒng)對(duì)三相智能電度表的需求不斷增長，提出了高精度、多參數(shù)測(cè)量、諧波功率電能計(jì)量，實(shí)時(shí)測(cè)量等技術(shù)要求。S DEGREE THESIS OF WUHAN UNIVERSITYThe design of smart threephase electricity meter based on ADE7878College ：Electrical Engineering CollegeSubject ：Electrical Engineering and automationName ： Heming HuangDirector ： Yunfeng Jiang Professor June 2012鄭 重 申 明本人呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。本文以智能三相電表為研究對(duì)象，采用電能計(jì)量芯片ADE7878和單片機(jī)AT89S52設(shè)計(jì)三相電度表，介紹了計(jì)量電路原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及硬件電路設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)完成了智能三相電度表硬件部分的理論設(shè)計(jì)和軟件部分程序流程圖設(shè)計(jì)。t done the design of software part, the sample meter and simulation debugging. However, we proposed a kind of distribution grid electricity load measurement program for the design of energymetering meter, which has high accuracy and some kind of referring value.Keywords：ADE7878，AT89S52，accurate metering ，subperiod metering目 錄第1章 緒論 1 概述 1 智能電度表技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 2 本文設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)和相應(yīng)需要解決的問題 3 電度表參數(shù)配置 3 論文組織結(jié)構(gòu) 4第2章 電能計(jì)算的理論基礎(chǔ) 5 電壓、電流有效值及諧波參數(shù)的計(jì)算 5 功率與電能的計(jì)算 7 頻率的計(jì)算 9第3章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與設(shè)計(jì)要求 10 結(jié)構(gòu)框圖 10 電表顯示內(nèi)容及其設(shè)計(jì)要求 11第4章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 12 計(jì)量芯片ADE7878 12 ADE7878引腳配置及功能描述 12 計(jì)量電路原理 17 18 單片機(jī)AT89S52概述、引腳配置及功能描述 18 接口電路設(shè)計(jì) 21 AT89S52外圍電路設(shè)計(jì) 22 顯示模塊HCl602 23 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)AT24C02和時(shí)鐘芯片DS1302 23 RS485通信接口電路設(shè)計(jì) 24 電源模塊設(shè)計(jì) 25第5章 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì) 26第6章 總結(jié)與展望 31參考文獻(xiàn) 33致謝 34第1章 緒論 概述隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力供應(yīng)呈現(xiàn)出緊張的局面，尤其是在沿海地區(qū)，工業(yè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市尤為嚴(yán)峻對(duì)電能計(jì)量的要求也逐步升高。電度表技術(shù)正向復(fù)費(fèi)率、多功能、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。在這種背景下，電度表的功能、性能、以及可靠性設(shè)計(jì)等都有了顯著提高與改進(jìn)，電度表技術(shù)面臨難得的發(fā)展機(jī)遇[1]。為了適應(yīng)社會(huì)的需要,保證用戶安全、合理、方便地用電,對(duì)傳統(tǒng)的電表和用電的管理模式進(jìn)行改造, 使之符合社會(huì)發(fā)展的需要就顯得很有必要。正是由于以上背景,智能電度表應(yīng)運(yùn)而生。鑒于電子式電度表在可靠性、準(zhǔn)確度、功能擴(kuò)展、性價(jià)比等方面顯著優(yōu)于感應(yīng)表，因此已有全面取代感應(yīng)表的趨勢(shì)。其中復(fù)費(fèi)率表得到了很多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)而電力緊張的地區(qū)供電部門的青睞，復(fù)費(fèi)率表的技術(shù)因此也得以迅速提高和發(fā)展。近幾年來，隨著通信技術(shù)的不斷進(jìn)步以及電力市場(chǎng)應(yīng)用的需要，國內(nèi)自動(dòng)抄表技術(shù)水平取得了長足的進(jìn)步。防竊電要求進(jìn)一步加強(qiáng)。電度表的硬件和軟件可以采用模塊化設(shè)計(jì)，將技術(shù)相對(duì)成熟和標(biāo)準(zhǔn)的部分進(jìn)行封裝入庫，如計(jì)量模塊、電源模塊、RS485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(chǔ)模塊等。比較典型的有美國ADI公司推出的ADE7878系列計(jì)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。提供電池供電模式下的電流監(jiān)測(cè)，通過檢測(cè)中性電流與三相電流代數(shù)和是否匹配，進(jìn)行防竊電檢測(cè)。三路可配置脈沖輸出CF1，CF2和CF3提供多種輸出選擇：基波有功功率和無功功率、總(基波+諧波) 有功和無功功率，視在功率計(jì)量。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(kuò)大到普通三相表用戶中。 電能分時(shí)段計(jì)量功能。針對(duì)以上四條擴(kuò)展功能，本文需要解決以下問題：模擬信號(hào)采樣電路元件參數(shù)的計(jì)算與濾波網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)；分時(shí)段計(jì)量的軟件實(shí)現(xiàn)；遠(yuǎn)程通信端口的設(shè)計(jì)及其與單片機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)；功能按鍵的設(shè)計(jì)以及軟件部分主程序?qū)崿F(xiàn)按鍵查詢與顯示的配合；主/從電源切換電路的設(shè)計(jì)。根據(jù)電度表參數(shù)設(shè)置和ADE7878計(jì)量芯片特點(diǎn)，計(jì)算公式如下： ()式中O．5V為ADE7878電流通道滿刻度輸入信號(hào)，300為兩級(jí)電流傳感器變比。設(shè)計(jì)時(shí)在外加額定電壓Vn=500V時(shí)。第2章 電能計(jì)算的理論基礎(chǔ)電能表不僅要能精確的計(jì)量用戶有功電能的消耗，還應(yīng)能夠記錄顯示電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量的參數(shù)，這些參數(shù)包括有功功率、無功功率、總功率、有功電能、無功電能、視在電能、電壓有效值、電流有效值、功率因數(shù)、工作頻率等[5]。諧波電壓含量UH可表示為： ()諧波電流含量IH可表示為： ()諧波總畸變率用THD表示，等于諧波含量與基波分量比值的百分?jǐn)?shù)。 功率與電能的計(jì)算功率是電流做功的速率，通常用字母P表示。 在正弦交流電路中，設(shè)瞬間電壓為u(t)，瞬間電流為i(t)，則瞬間功率P(t)=u(t)i(t)P(t)是個(gè)隨時(shí)間變化的函數(shù)，它在某個(gè)周期內(nèi)的平均值應(yīng)等于該函數(shù)對(duì)時(shí)間積分后，除以時(shí)問間隔，所以平均功率應(yīng)為： ()當(dāng)用計(jì)算機(jī)處理時(shí)，需要將連續(xù)量離散化，用和式代替積分。所以，三相電路的總功率可表示為： ()視在功率的計(jì)算在具有復(fù)阻抗的交流電路中，電壓有效值與電流有效值的乘積值稱為視在功 率，它反映的是額定功率的大小，即 ()通常，為了電路設(shè)計(jì)的方便性。視在功率、無功功率、有功功率滿足下面的關(guān)系： ()所以，無功功率的計(jì)算方法如下： ()功率因數(shù)的計(jì)算在交流電路中，電壓與電流之間的相位差()的余弦叫做功率因數(shù)，用符號(hào) cos表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即 ()由上式可以看出，功率因數(shù)的最高值為1。電能是消耗的能量的累積，是時(shí)變函數(shù)——功率對(duì)時(shí)間的累積，到時(shí)刻T時(shí)的電能為：