【正文】 度高，靈敏度高，易實現(xiàn)自動化測量，用 RS——485 可實現(xiàn)遠方通信 。電能計量裝置就更顯得重要，電能表作為測量電能的專用儀表，自誕生已有 100多年的歷史。電能表在電能管理用儀器儀表中占有很大比例，其性能直接影響著電能管理的效率和科學文化水平。本次設計的多功能單相電子式電能表能采集計算電壓、電流、有功電能、無功電能，在電能表本體上有 LCD 顯示器，顯示采集和計算的各種所需數(shù)據(jù)；并具有 RS485 通訊接口。 And with RS485 munication interface.The design of the function and classification of watthour meter makes brief introduction to let readers have a basic understanding of watthour meter, know how it is produced and its development situation, it has what purposes, of singlephase) phase watthour meter hardware structure has made the detailed description, separately from the power supply circuit, measurement circuit, munication circuit, manage circuits and other parts circuit is introduced four most to all parts of the circuit diagram, and the principle and explain to them respectively.KEYWORDS：watthour,meterelectronic ,Singlephase type, RS485 ,multifunction1 學院本科畢業(yè)設計（論文） 目錄III畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文） ，是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。電力的生產和其他產品的生產不同，其特點是發(fā)電廠發(fā)電、供電部門供電、用戶用電這三個部門是連成一個系統(tǒng)，不能間斷地同時完成，而且是互相緊密聯(lián)系缺一不可，它們互相如何銷售，如何經濟計算，那就需要一個計量器具在三個部門之間進行測量計算出電能的數(shù)量，這個裝置就是電能計量裝置。 電能計量裝置電能計量是由電能計量裝置來確定電能量值的一組操作，是為實現(xiàn)電能量單位及其量值準確、可靠的一系列活動。 計量電路部分本次設計的單相電子式電能表的計量部分主要是針對 ADE7755 計量芯片的電路設計，它是有美國 ADI 公司 2022 年研制生產的有功電能單相測量芯片。1 學院本科畢業(yè)設計（論文） 電能計量 3ADE7755 的功率脈沖輸出是通過對上述有功功率信息的累計產生 P(t)=u(t)*i(t) 式 W(t)=∫p(t)= ∫u(t)*i(t) 式 這個部分主要包括電壓拾取電路設計、電流拾取電路設計以及其他部分電路的設計。使電能表精度提高。電能脈沖輸出為 CF（腳 22） ，經過光耦輸出： PULSE 電能脈沖，將引入單片機的輸入端，進行電能脈沖累計。AVDD 和 DVDD 兩路電源為模擬和邏輯直流正 5V。2 電子式電能表 電子式電能表的發(fā)展史1 學院本科畢業(yè)設計（論文） 電能計量 5世界上最早的電能表是愛迪生于 1880 年利用電解原理發(fā)明的直流電能表，交流電的出現(xiàn)和被利用，對電能計量儀表提出了新的要求。隨著電子技術的發(fā)展和用戶用電管理水平要求的不斷提高，電子式電能表得到了迅猛的發(fā)展，成為電能計量不可缺少的重要組成部分。電子式電能表誕生在 20 世紀 40 年代，由歐洲的公司制造。電子式電能表在技術上從模擬乘法器到數(shù)字乘法器，性能越來越好，而價格越來越低，大規(guī)模批量生產工藝也非常成熟，已形成了一個非常有活力、欣欣向榮的產業(yè)。（2）電源部分：將輸入的交流電壓整流、降壓、濾波后得到直流 5V、12V等電壓等級的電壓，供給其他電路。1 學院本科畢業(yè)設計（論文） 電子式電能表 6（4）管理部分：接收測量部件輸出的電功率信號，計算出各種所需的電量，并且管理顯示、時鐘、通信接口、數(shù)據(jù)存儲器等部件。一般有數(shù)字通信接口，用于與其他設備進行數(shù)據(jù)交換、抄表、設置表計參數(shù)等，常用的有：遠紅外數(shù)字通信接口、RS485 通信接口、IC 卡讀寫接口等。 2． 監(jiān)視功能監(jiān)視功能為最大需量和防竊電監(jiān)視；其次還有缺相指示、停電和復電時間記錄、預付費表的所購電能將用盡時的報警及電壓異常報警。5．最大需量計量需量的定義：定長時間的平均功率； 最大需量：需量的最大值。如需量周期為 15 min，滑差步進時間為 5 min，即每 5 min 計算一次當前 15 min 的平均功率，并且與最大值進行比較，如果大于最大值，將其記錄為最大需量，如圖為最大需量計算說明。最大需量也需要分時計量。后者一般用于特殊行業(yè)，不用于電力貿易計量。計量無功的目的，是要核算一個抄表期內的平均功率因數(shù) λ，即平均力率，即 式 用戶消耗的 無功越多，平均功率因數(shù)就越低，配電網在為用戶輸送這些無功電能時，要增加的線損就越多，增加了供電成本。 四．按電流的測量范圍來分，可分為直通表和經電流互感器接入兩種。 七．按測量功能分，可分為分時計費電能表、最大需量電能表、預付費電能表、集抄電能表、多功能電等能表等。??22/1無有無有 有COS?????1 學院本科畢業(yè)設計（論文） 電子式電能表 9 機電一體化電能表又稱為脈沖電能表，它綜合了感應式及全電子式電能表的優(yōu)點。I2C 總線圖 硬件框圖電源電路為了提高系統(tǒng)的抗干擾性、可靠性，分為三個獨立的電源，使計量計量芯片電路（ADE7755）MCU 部分（89LPC931）被測電壓拾取電路被測電流拾取電路RS485 通訊信道系統(tǒng)掉電檢測LCD 驅動器（PCF8576）LCD 顯示器存儲器EEPROM24WC08實時時鐘 8025指示燈1 學院本科畢業(yè)設計（論文） 單相電子式電能表的硬件設計 11電路，RS485 通訊和 MCU 的電源相互隔離，達到互不影響的目的，但是它們屬于同一個變壓器，所以選擇變壓器的時候要注意，如圖 。從上面簡單的分析可以看出，MCU 是系統(tǒng)的控制器，起著決定性的作用。直接接入式電子式電能表一般采用錳銅分流片；經互感器接入式電子式電能表內部一般采用二次側互感器級聯(lián)，以達到前級互感器二次側不帶強電的要求。2．電流互感器 采用普通互感器（電磁式）的最大優(yōu)點是電能表內主回路與二次回路、電壓和電流回路可以隔離分開，實現(xiàn)供電主回路電流互感器二次側不帶強電，并可提高電子式電能表的抗干擾能力。（二）電壓輸入變換電路 和被測電流一樣，上百伏（100V 或 220V）的被測電壓也必須經分壓器或電壓互感器轉變?yōu)榈刃У男‰妷盒盘枺娇伤腿氤朔ㄆ?。典型接線如圖 所示。+u(t)N1 圖 電壓互感器電路圖模擬乘法器是一種完成兩個互不相關的模擬信號（如輸入電能表內連續(xù)變化的電壓和電流）進行相乘作用的電子電路，通常具有兩個輸入端和一個輸出端，是一個三端網絡，如圖 所示。凡是能夠適應兩個輸入電壓極性的四種組合的乘法器，稱為四象限乘法器 [9]。乘法器是電子式電能表的核心部分，并非每一種乘法器電路都能適用電子式電能表，下面介紹電子式電能表中常用的乘法器。前者稱為電壓平衡型時分割乘法器，后者稱為電流平衡型時分割乘法器。由運算放大器 N1 和電容 C1 組成積分器，對經 RR 2 輸入的電流作求和積分；﹢ UN 和﹣ UN 是正、負基準電壓，在電路的設計中，基準電壓UN 的幅值應比輸入電壓 ux 大得多；S S 2 為兩個受電平比較器控制并同時動作的開關；電平比較器是具有兩個穩(wěn)態(tài)的直流觸發(fā)器；運算放大器 N電阻 R4 和電容 C2 組成了濾波器。1．調寬功能單元假定輸入電壓 ux 為正值，積分器接通 ux 和﹢U N，輸出電壓 u1 從 a 點（見圖）逐漸向下變化（a b 段） ，在 a b 段內，u 1u2，達到 b 點時，u 1＝u 2。當系統(tǒng)達穩(wěn)態(tài)時， 積分器在 TT 2 時間段內的總積分電荷 量應為零，即 式 式 式 02121 ???????????????RuRxx xNuURTT1221??)()(2121uNx1 學院本科畢業(yè)設計（論文） 單相電子式電能表的硬件設計 17即開關 S1 接通 ﹣UN、﹢U N 的時間差（T 2－T 1）與輸入電壓 ux 成正比。 目前在全電子式電能表制造業(yè)中，采用時分割模擬乘法器的占有相當大比例。隨著芯片速度的提高和外部接口電路的更加成熟，微處理器的功能將得到充分發(fā)揮和擴展。采用數(shù)字乘法器的全電子式電能表的基本結構框圖如圖 所示。從上式可以看出，平均功率的計算與功率求解過程與功率因數(shù)無關，因此，可以得出采用數(shù)字乘法器的全電子式電能表的電能測量與功率因數(shù)無關的結論，這是這類電能表的一個重要特點。由采樣理論可知，連續(xù)信號離散后得到的時間序列不丟失原信號的信息，不僅采樣頻率要滿足奈奎斯特定律，而且必須等分連續(xù)的信號周期，否則會產生測量誤差。電子式電能表常用的雙向積分式電壓／頻率轉換器的原理電路如圖 所示。由于 ab 段和 cd 段的積分斜率是一樣的，故積分時間也相等，均為 T/2。 在機電式電能表中，由光電轉換器將電能信號轉換成脈沖信號；而在電子式電能表中，電能信號轉化成相應脈沖信號的工作是由乘法器及電壓／頻率轉換器完成的。在電子式電能表中，分頻器和計數(shù)器一般采用 CMOS 集成電路器件。把由石英晶體振蕩器產生的標準時鐘脈沖信號經分頻后作為時間基準。電源是保證電能表正常運行的先決條件，因此在進行電源電路設計時要考慮1 學院本科畢業(yè)設計（論文） 單相電子式電能表的硬件設計 22多方面因素，如設計原理的正確性、電源容量的冗余量，要選擇合適的元件參數(shù)。圖 電量計量電源電路 圖 RS485 通訊電源電路1 學院本科畢業(yè)設計（論文） 單相電子式電能表的硬件設計 23圖 MCU 及相關部分電源電路 通過電網輸入 220V 的交流電源，通過變壓器 TR1 降壓，在 6 端產生12V 的交流電壓，通過 AB1 全波整流及 CTR C E 1 濾波，其中CTR C 2 構成濾波網絡，產生一個帶有一定脈動分量的直流電。1 學院本科畢業(yè)設計（論文） 單相電子式電能表的硬件設計 24 通訊部分本次設計的單相電子式電能表采用 RS—485 通訊信道， RS—485 通訊信道是用來和其他電能表組成 RS—485 通訊網絡，實現(xiàn)遠程網絡抄表。R39 和 R40 是偏置電阻，進行網絡失效保護。它是一個 I2C 總線接口的芯片，最高