【正文】 2 主要管腳有： XTAL1(19 腳 )和 XTAL2(18 腳 )為振蕩器輸入輸出端口，外接 12MHz 晶振。 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng) 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)是電能表的核心部分。利用分壓電阻 R00~R09組成線電壓衰減網(wǎng)絡(luò)。 為了給 ADE7755提供必要的電流和電壓轉(zhuǎn)換，本設(shè)計(jì)采用簡(jiǎn)單的電阻分壓 xxx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 網(wǎng)絡(luò)和分流器來實(shí)現(xiàn)。線路電壓經(jīng)電阻網(wǎng)絡(luò)分壓，也降到允許的最大電壓范圍之內(nèi)，接到 V2P和V2N引腳。常用于儀表校驗(yàn)。該引腳應(yīng)連接到印刷電路板的數(shù)字 接地面。 1 REVP 當(dāng)檢測(cè)到負(fù)功率時(shí)，即電壓和電流信號(hào)的相位差大于 900 時(shí)，該引腳輸出邏輯高電平。 1 G1， G0 引腳的邏輯輸入用來選擇通道 1 的增益。星形接地方法有助于使數(shù)字電流噪聲遠(yuǎn)離模擬電路。無論用內(nèi)部還是外部基準(zhǔn)源，該引腳都使用 100uF 鉭電容和 100nF 瓷介電容對(duì) AGND 進(jìn)行去耦。 REFin/out 基準(zhǔn)電壓的輸入， 輸出引腳。相對(duì)于 AGND 的最大信號(hào)電平為 ? 1V。這兩個(gè)引腳相對(duì)于 AGND 的最大信號(hào)電平為士 1V。該引腳提供 ADE7755 模擬電路的電源，正常工作電源電壓應(yīng)保持在 5V 士 5%，為使電源的紋波和噪聲減小到最低程度，該引腳應(yīng)使用 10 uF 電容并聯(lián) 100nF 瓷介電容進(jìn)行去耦。 AC/DC 高通濾波器 HPF 選擇引腳。 Fl 和 F2 以較低頻率形式輸出有功功率平均值，可用于直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電式計(jì)數(shù)器， CF 以較高頻率形式輸出有功功率瞬時(shí)值，送單片機(jī)接口計(jì)數(shù)可用于 誤差校準(zhǔn)或電能計(jì)量。 ADE7755 內(nèi)有兩個(gè) Σ Δ 結(jié)構(gòu)的采樣頻率為 900kHz 的 ADC，將電流調(diào)理信號(hào)和電壓調(diào)理信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。 被測(cè)電壓、電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，接下來 的信號(hào)處理都由數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)。當(dāng)發(fā)生短路、開路和旁路的情況時(shí)，除了具有輸出指示外，還能以原精度繼續(xù)計(jì)量。 圖 32 電流采樣模塊原理圖 電壓通道 電壓通道采用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)獲得采樣電壓。 最大共模信號(hào)為 100mV。通道 l 有一個(gè) PGA，其增益可選擇為 1， 2， 8 或 16。前置模擬電壓和電流取樣電路一般有兩種，一種是通過電阻分壓和分流的方法獲得的，另一種是通過電壓互感器和電流互感器的方法獲得。上位機(jī)的數(shù)據(jù)也同樣能夠通過 RS485 模塊下傳給單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)存儲(chǔ)器里的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行讀操作時(shí)，將信息讀出后送給其它模塊使用。 電源模塊為整個(gè)電能表硬件系統(tǒng)正常工作供電，它通過電能變換將主電網(wǎng)中的 220V 交流降壓，整流為 5V 的直流。 ADE7755 是電能計(jì)量芯片，在整個(gè)硬件電路中發(fā)揮著重要的作用。 xxx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 第 3章 電子式電能表的硬件設(shè)計(jì) 電能表總體設(shè)計(jì)方案框圖 電子式電能表總體設(shè)計(jì)方案如圖 31，各種硬件模塊構(gòu)成了整個(gè)電子式電能表，每個(gè)硬件模塊都有著不同的功能，在整個(gè)電能表硬件系統(tǒng)中都承擔(dān)著一定的作用。乘法器是電能測(cè)量單元的核心組成部分。 （ 2） 在線路中將會(huì)引起較大的電壓跌落和功率損失。 功率因素的計(jì)算 功率因素是指負(fù)載上的有功功率與視在功率的比值，即： cos PS?? (2－ 21) 式中的 ? 就是電壓與電流之間的相位角。 在 一段時(shí)間 21tt? 內(nèi)，記錄下 maxP 的最大值和發(fā)生的時(shí)刻，一般情況下 2t ,1t 采用滑差方式，每過一分鐘1t ,2t 增加，但 21tt? 的差值保持不變，固定為 15 或 30分鐘。 2．視 在功率法 實(shí)際運(yùn)用中，電網(wǎng)還存在一些諧波成分，用 (2－ 14)計(jì)算無功功率將產(chǎn)生較大誤差，因此應(yīng)該用下述方法進(jìn)行無功功率的計(jì)算。 一般周期信號(hào)電路的有功功率由式 (2－ 9)表示。 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。 因?yàn)閿?shù)字乘法器型的電能測(cè)量專用電路利用位數(shù)較多的 A/D 轉(zhuǎn)換電路或自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換電路，在原理上可達(dá)到很高的測(cè)量準(zhǔn)確度，且它在一定周期內(nèi)對(duì)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行采樣處理的方法，可保證了測(cè)量準(zhǔn)確度可不受高次諧波的影響；并且其精度、線性度、穩(wěn)定性和抗干擾能力等方面都優(yōu)于模擬乘法器電路，具有更好的發(fā)展前景。由這樣方法設(shè)計(jì)的電能表的可靠性較差，特別對(duì)于大批量生產(chǎn)工藝來說更不合適。這種測(cè)量方法的誤差來源主要有采樣頻率、 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度，取樣電路及其后的放大線路元器件的分散性造成的幅值和相位誤差。式 (2－ 2)是一個(gè)數(shù)值計(jì)算公式，由微處理器可以輕松完成。本文主要介 紹數(shù)字乘法器原理，在此基礎(chǔ)上本節(jié)還將對(duì)基本電能量的計(jì)量原理進(jìn)行闡述。乘法器的類型決定了電子式電能表電能測(cè)量單元的結(jié)構(gòu)。以下對(duì)電子式電能表工作原理進(jìn)行介紹，并介紹基于Δ ∑ A /D 轉(zhuǎn)換器的數(shù)字乘法器的工作原理以及基本電能量的計(jì)量原理和電能參數(shù)的計(jì)算方法。 論文研究內(nèi)容 本課題主要完成三 個(gè)方面的內(nèi)容 ： 設(shè)計(jì)一種全數(shù)字低功耗多功能復(fù)費(fèi)率的電度表，計(jì)量和控制精度高，功耗低，穩(wěn)定性好，工作可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)電量分時(shí)計(jì)量計(jì)費(fèi)，具有通訊接口 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表等功能，當(dāng)?shù)綦姇r(shí)能夠?qū)⒅匾畔⒈４嫫饋怼Ｓ纱丝梢酝普?1998~20xx 年每年單相電子表產(chǎn)量均有數(shù)百萬臺(tái)。國產(chǎn) 級(jí)電子式電能表也開始在部分地區(qū)實(shí)用。 隨著電力市場(chǎng)化改革的不斷深入 ， 我國網(wǎng)、省電網(wǎng)各級(jí)關(guān)口表在各級(jí)電能計(jì)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建設(shè) ， 大部分已更新為電子式電能表。到目前標(biāo)準(zhǔn)電子式電能表和安裝式計(jì)費(fèi)電子式電能表中較多用時(shí)分割乘法器于 級(jí)表計(jì) ， 而霍爾乘法器只用于 級(jí)及以下安裝式計(jì)費(fèi)電能表。北美也以 ANSI 為基礎(chǔ)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化。如英國在 Felixstowe 的一個(gè)電能表廠 1985~1988 年間已累計(jì)生產(chǎn)單相電子式電能表 183 萬只 ， 供英國的 15 個(gè)配電公司 ， 占有市場(chǎng)份額 40%， 且年返修率僅%。 表 11 感應(yīng)式電能表與電子式電能表的性能比較 類別 感應(yīng)式電能表 電子式電能表 準(zhǔn)確度（級(jí)別） ～ ～ 頻率范圍（ Hz） 45～ 55 40～ 20xx 啟動(dòng)電流 bI bI 外磁場(chǎng)影 響 大 小 國 內(nèi) 外 電子式電能表的發(fā)展概 況 國外 電子式電能表的發(fā)展概況 電力工業(yè)發(fā)展初期曾用電解化學(xué)原理電能表計(jì)量收費(fèi) ， 1890 年 ， 發(fā)明了感應(yīng)式電磁原理電能表沿用至今已有 100 多年。 強(qiáng)大的事件記錄功能 具有強(qiáng)大的事件記錄功能是電子式電能表的又一大特色。 受外磁場(chǎng)影響小 感應(yīng)式電能表是依靠磁場(chǎng)的原理進(jìn)行計(jì)量的，因此外界磁場(chǎng)對(duì)表計(jì)的影響較大；而電子式多功能電能表主要是通過乘法器進(jìn)行運(yùn)算的，受外磁場(chǎng)影響較小。 啟動(dòng)電流小 ， 差 動(dòng) 曲線平整 。 電子式電能表的特點(diǎn) 在短短的十幾年時(shí)間內(nèi)，電子式電能表得到如此大的發(fā)展，是因?yàn)榕c普通感應(yīng)式電能表相比，在性能和功能方面有很大的優(yōu)勢(shì)。 電子式電能表的分類 電子式電能表的分類方法很多，根據(jù)分類的角度不同，通常有以下幾種： 按規(guī)格分類有：?jiǎn)蜗嚯娮邮诫娔鼙?、三相電子式電能表。三家公司作為中國電子式電能表巾?chǎng)和產(chǎn)品的開拓者，他們的實(shí)踐和努力為電子式電能表的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。在 20 世紀(jì) 80 年代之前，電子式電能表并沒有顯現(xiàn)出它的巨大生命力和活力，它的應(yīng)用局限 于高精度電能表 ，標(biāo)準(zhǔn)表和檢驗(yàn)裝置，其成本也比較高，性能和可靠性并不比機(jī)械表優(yōu)越很多。并且這種電能表能夠通過低壓電力線載波擴(kuò)頻通信接口組成遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)，便于供電部門對(duì)居民的用電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)抄收、數(shù)據(jù)匯總和監(jiān)控，為電力部門進(jìn)行現(xiàn)代化管理提供一種有效的手段。 研究表明，從我國目前一個(gè)公寓樓房單元通常住有十幾戶甚至幾十戶的實(shí)際出發(fā)，開發(fā)和應(yīng)用集多表位于一體的、多用戶多功能組合式新型電子電能表具有重要意 義。微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的高速發(fā)展為電子式電能表的迅速進(jìn)步和日益成熟的提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。而且機(jī)械式電能表功耗較多、體積較大、功能簡(jiǎn)單，需要人工抄表。 ADE7755。 顯示控制 模塊為用戶提供了清晰，實(shí)時(shí)的電量信息。硬件外圍電路采用模塊化設(shè)計(jì)。復(fù)費(fèi)率電能表己經(jīng)大規(guī)模取代了單一費(fèi)率電能表。國家采取多費(fèi)率用電政策，以消峰填谷，平衡用電。 論文在對(duì)電能計(jì)量和數(shù)字信號(hào)處理理論研究的基礎(chǔ)上，以美國 ADI 公司生產(chǎn)的 ADE7755 為電能計(jì)量芯片，以 89C52 為主要控制芯片，利用單片機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā) 了一款單相復(fù)費(fèi)率智能電子式電能表。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，紅外通信模塊和 RS485 通信模塊的設(shè)計(jì)完成了電能信息的及時(shí)存儲(chǔ)和交換。 關(guān)鍵詞 電子式電能表 ； ADE7755；電能計(jì)量； 信號(hào)處理 xxx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II The design and research of electronic watthour meter based on single chip Abstract With the development of economy and the increase of the electrical quantity, the running of the electric fence is threatened heavily. The government of china has adopted the policy of different prices of the electrical power, in order to keep balance of the electrical quantity consumption. Multirate watthour meter has taken the position of the singlerate watthour meter widely. With the development of singlechip technology, the research of electronic watthour meter is produced in a huge range. But, the lowprice watthour meter which runs stably and has strong ability to resist interference still need to be designed. The paper is based on the research of electric energy measurement theory and digital signal processing theory, mainly utilizes chip ADE7755 produced by ADI pany to measure power, single chip 89C52 to control the whole system. The paper finished the design of the singlephase intelligent Multirate watthour meter. The peripheral hardware adopted module design. Voltage and electricity module converts the high voltage and electricity to low ones that can be measured. The source module provides the whole system stable power. Data storage module, infrared munication module and RS485 module can storage and exchange the power information. LCD module provides users with clear and realtime energy information. Software includes dynamic checking module, power pulse collection module, data storing and exchanging module, interrupted munication module. Under the control of the single chip 89C52, the whole system can measure the electrical quantity in different periods of time and finishes the data exchanging. Keywords Electronic watthour meter。據(jù)山東省技術(shù)監(jiān)督局 20xx 年底對(duì)該省機(jī)械式電能表進(jìn)行抽查