【正文】 度高，靈敏度高，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量，用 RS——485 可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方通信 。電能計(jì)量裝置就更顯得重要，電能表作為測(cè)量電能的專(zhuān)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(xué)文化水平。本次設(shè)計(jì)的多功能單相電子式電能表能采集計(jì)算電壓、電流、有功電能、無(wú)功電能，在電能表本體上有 LCD 顯示器，顯示采集和計(jì)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(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄III畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ，是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)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(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。電力的生產(chǎn)和其他產(chǎn)品的生產(chǎn)不同，其特點(diǎn)是發(fā)電廠發(fā)電、供電部門(mén)供電、用戶用電這三個(gè)部門(mén)是連成一個(gè)系統(tǒng)，不能間斷地同時(shí)完成，而且是互相緊密聯(lián)系缺一不可，它們互相如何銷(xiāo)售，如何經(jīng)濟(jì)計(jì)算，那就需要一個(gè)計(jì)量器具在三個(gè)部門(mén)之間進(jìn)行測(cè)量計(jì)算出電能的數(shù)量，這個(gè)裝置就是電能計(jì)量裝置。 電能計(jì)量裝置電能計(jì)量是由電能計(jì)量裝置來(lái)確定電能量值的一組操作，是為實(shí)現(xiàn)電能量單位及其量值準(zhǔn)確、可靠的一系列活動(dòng)。 計(jì)量電路部分本次設(shè)計(jì)的單相電子式電能表的計(jì)量部分主要是針對(duì) ADE7755 計(jì)量芯片的電路設(shè)計(jì)，它是有美國(guó) ADI 公司 2022 年研制生產(chǎn)的有功電能單相測(cè)量芯片。1 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電能計(jì)量 3ADE7755 的功率脈沖輸出是通過(guò)對(duì)上述有功功率信息的累計(jì)產(chǎn)生 P(t)=u(t)*i(t) 式 W(t)=∫p(t)= ∫u(t)*i(t) 式 這個(gè)部分主要包括電壓拾取電路設(shè)計(jì)、電流拾取電路設(shè)計(jì)以及其他部分電路的設(shè)計(jì)。使電能表精度提高。電能脈沖輸出為 CF（腳 22） ，經(jīng)過(guò)光耦輸出： PULSE 電能脈沖，將引入單片機(jī)的輸入端，進(jìn)行電能脈沖累計(jì)。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(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電能計(jì)量 5世界上最早的電能表是愛(ài)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(duì)電能計(jì)量?jī)x表提出了新的要求。隨著電子技術(shù)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(jì)量不可缺少的重要組成部分。電子式電能表誕生在 20 世紀(jì) 40 年代，由歐洲的公司制造。電子式電能表在技術(shù)上從模擬乘法器到數(shù)字乘法器，性能越來(lái)越好，而價(jià)格越來(lái)越低，大規(guī)模批量生產(chǎn)工藝也非常成熟，已形成了一個(gè)非常有活力、欣欣向榮的產(chǎn)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(jí)的電壓，供給其他電路。1 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電子式電能表 6（4）管理部分：接收測(cè)量部件輸出的電功率信號(hào)，計(jì)算出各種所需的電量，并且管理顯示、時(shí)鐘、通信接口、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等部件。一般有數(shù)字通信接口，用于與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、抄表、設(shè)置表計(jì)參數(shù)等，常用的有：遠(yuǎn)紅外數(shù)字通信接口、RS485 通信接口、IC 卡讀寫(xiě)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(fù)電時(shí)間記錄、預(yù)付費(fèi)表的所購(gòu)電能將用盡時(shí)的報(bào)警及電壓異常報(bào)警。5．最大需量計(jì)量需量的定義：定長(zhǎng)時(shí)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(jìn)時(shí)間為 5 min，即每 5 min 計(jì)算一次當(dāng)前 15 min 的平均功率，并且與最大值進(jìn)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(jì)算說(shuō)明。最大需量也需要分時(shí)計(jì)量。后者一般用于特殊行業(yè)，不用于電力貿(mào)易計(jì)量。計(jì)量無(wú)功的目的，是要核算一個(gè)抄表期內(nèi)的平均功率因數(shù) λ，即平均力率，即 式 用戶消耗的 無(wú)功越多，平均功率因數(shù)就越低，配電網(wǎng)在為用戶輸送這些無(wú)功電能時(shí)，要增加的線損就越多，增加了供電成本。 四．按電流的測(cè)量范圍來(lái)分，可分為直通表和經(jīng)電流互感器接入兩種。 七．按測(cè)量功能分，可分為分時(shí)計(jì)費(fèi)電能表、最大需量電能表、預(yù)付費(fèi)電能表、集抄電能表、多功能電等能表等。??22/1無(wú)有無(wú)有 有COS?????1 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電子式電能表 9 機(jī)電一體化電能表又稱(chēng)為脈沖電能表，它綜合了感應(yīng)式及全電子式電能表的優(yōu)點(diǎn)。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(gè)獨(dú)立的電源，使計(jì)量計(jì)量芯片電路（ADE7755）MCU 部分（89LPC931）被測(cè)電壓拾取電路被測(cè)電流拾取電路RS485 通訊信道系統(tǒng)掉電檢測(cè)LCD 驅(qū)動(dòng)器（PCF8576）LCD 顯示器存儲(chǔ)器EEPROM24WC08實(shí)時(shí)時(shí)鐘 8025指示燈1 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 單相電子式電能表的硬件設(shè)計(jì) 11電路，RS485 通訊和 MCU 的電源相互隔離，達(dá)到互不影響的目的，但是它們屬于同一個(gè)變壓器，所以選擇變壓器的時(shí)候要注意，如圖 。從上面簡(jiǎn)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(jīng)互感器接入式電子式電能表內(nèi)部一般采用二次側(cè)互感器級(jí)聯(lián)，以達(dá)到前級(jí)互感器二次側(cè)不帶強(qiáng)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(diǎn)是電能表內(nèi)主回路與二次回路、電壓和電流回路可以隔離分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)供電主回路電流互感器二次側(cè)不帶強(qiáng)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(cè)電流一樣，上百伏（100V 或 220V）的被測(cè)電壓也必須經(jīng)分壓器或電壓互感器轉(zhuǎn)變?yōu)榈刃У男‰妷盒盘?hào)，方可送入乘法器。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(gè)互不相關(guān)的模擬信號(hào)（如輸入電能表內(nèi)連續(xù)變化的電壓和電流）進(jìn)行相乘作用的電子電路，通常具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，是一個(gè)三端網(wǎng)絡(luò)，如圖 所示。凡是能夠適應(yīng)兩個(gè)輸入電壓極性的四種組合的乘法器，稱(chēng)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(chēng)為電壓平衡型時(shí)分割乘法器，后者稱(chēng)為電流平衡型時(shí)分割乘法器。由運(yùn)算放大器 N1 和電容 C1 組成積分器，對(duì)經(jīng) RR 2 輸入的電流作求和積分；﹢ UN 和﹣ UN 是正、負(fù)基準(zhǔn)電壓，在電路的設(shè)計(jì)中，基準(zhǔn)電壓UN 的幅值應(yīng)比輸入電壓 ux 大得多；S S 2 為兩個(gè)受電平比較器控制并同時(shí)動(dòng)作的開(kāi)關(guān)；電平比較器是具有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)的直流觸發(fā)器；運(yùn)算放大器 N電阻 R4 和電容 C2 組成了濾波器。1．調(diào)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(diǎn)（見(jiàn)圖）逐漸向下變化（a b 段） ，在 a b 段內(nèi)，u 1u2，達(dá)到 b 點(diǎn)時(shí)，u 1＝u 2。當(dāng)系統(tǒng)達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)， 積分器在 TT 2 時(shí)間段內(nèi)的總積分電荷 量應(yīng)為零，即 式 式 式 02121 ???????????????RuRxx xNuURTT1221??)()(2121uNx1 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 單相電子式電能表的硬件設(shè)計(jì) 17即開(kāi)關(guān) S1 接通 ﹣UN、﹢U N 的時(shí)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(shí)分割模擬乘法器的占有相當(dāng)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(kuò)展。采用數(shù)字乘法器的全電子式電能表的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。從上式可以看出，平均功率的計(jì)算與功率求解過(guò)程與功率因數(shù)無(wú)關(guān)，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(cè)量與功率因數(shù)無(wú)關(guān)的結(jié)論，這是這類(lèi)電能表的一個(gè)重要特點(diǎn)。由采樣理論可知，連續(xù)信號(hào)離散后得到的時(shí)間序列不丟失原信號(hào)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(hào)周期，否則會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。電子式電能表常用的雙向積分式電壓／頻率轉(zhuǎn)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(shí)間也相等，均為 T/2。 在機(jī)電式電能表中，由光電轉(zhuǎn)換器將電能信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)；而在電子式電能表中，電能信號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)脈沖信號(hào)的工作是由乘法器及電壓／頻率轉(zhuǎn)換器完成的。在電子式電能表中，分頻器和計(jì)數(shù)器一般采用 CMOS 集成電路器件。把由石英晶體振蕩器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖信號(hào)經(jīng)分頻后作為時(shí)間基準(zhǔn)。電源是保證電能表正常運(yùn)行的先決條件，因此在進(jìn)行電源電路設(shè)計(jì)時(shí)要考慮1 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 單相電子式電能表的硬件設(shè)計(jì) 22多方面因素，如設(shè)計(jì)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(jì)量電源電路 圖 RS485 通訊電源電路1 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 單相電子式電能表的硬件設(shè)計(jì) 23圖 MCU 及相關(guān)部分電源電路 通過(guò)電網(wǎng)輸入 220V 的交流電源，通過(guò)變壓器 TR1 降壓，在 6 端產(chǎn)生12V 的交流電壓，通過(guò) AB1 全波整流及 CTR C E 1 濾波，其中CTR C 2 構(gòu)成濾波網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生一個(gè)帶有一定脈動(dòng)分量的直流電。1 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 單相電子式電能表的硬件設(shè)計(jì) 24 通訊部分本次設(shè)計(jì)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(lái)和其他電能表組成 RS—485 通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)抄表。R39 和 R40 是偏置電阻，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)失效保護(hù)。它是一個(gè) I2C 總線接口的芯片，最高