【正文】 以上是電能表硬件各部分獨立的電路原理圖。這種存儲器的數據寫入是通過提高電壓來完成的，其存儲器內部有電壓泵起著泵高電壓的作用。JP2 接口是要進行瞬變脈沖和靜電干擾的。然后通過并聯穩(wěn)壓集成電路 LM317，同時調 整 R R2 的比值，以得到所需的電壓值 — 。分頻后的標準時鐘脈沖信號，如圖 B 點的波形也送至控制門，于是控制門打開，將計數脈沖輸出，得到如圖 C 點的波形。這兩種脈沖信號在送入計數器計數之前，需要先送入分頻器進行分頻，以降低脈沖頻率 [8]。運放 N 和電容C 組成積分器，上下電平比較器有兩個比較電平 U U2。 A／ D 轉換器的準確度一般較高，其轉換誤差可以忽略?？梢灶A計，應用數字乘法器技術來完成功率／電能測量的前景十分廣闊。 u x積分器輸出u 1角波 u 2比較器輸出u 3零電平U ouTT 1T 2t 1t 2t 3abc 圖 三角波信號的時分割乘發(fā)器波形圖 2．調幅功能單 元 開關 S2 在 比較器的控制下與S1同時動作，在 T1期間接通﹢ uy，輸出電壓 u為﹢ uy，在 T2期間接通﹣ uy，輸出電壓 u變?yōu)椹?uy。積分輸出電壓 u1 和三角波發(fā)生器產生的節(jié)拍三角波電壓 u2 都加到電平比較器上，當 u1u2 時，電平比較器輸出低電平， S S2 分別接﹣ UN、﹣ uy；當 u1u2 時，電平比較器輸出高電平， S S2 分別接﹢ UN、﹢ uy；當 u1＝ u2 時，為比較器轉換狀態(tài)。 （一）時分割乘法器 時分割模擬乘法器的工作過程實質上是一個對被測對象進行調寬調幅的工作 過程。理想的乘法器的輸出特性方程式可表示為 U0（ t）＝ KUX(t)UY(t)， 式 式中 K—— 是乘法器的增益。電子式電能表內使用的分壓器一般為電阻網絡或電壓互感器。 1．錳銅片分流器 以錳銅片作為分流電阻 RS，當大電流 i(t)流過時會產生相應的成正比的微 弱電壓 Ui(t)，其數學表達式為 Ui(t)＝ i(t)R 式 該小信號 Ui(t)送入乘法器，作為測量流過電能表的電流 i(t)。 (a) (b) (c) 圖 電源部分結構 在計量部分， ADE7755 芯片是一個數?；旌系碾娐?，因此設 計比較困難，要想達到良好的計量效果，要采取一定的抗干擾措施，如數字地和模擬地在 PCB 板上單點連接，特別是在對電流、電壓采樣的電路直接接在外部線路上，干擾比較嚴重。 各種電能表的比較 感應式電能 表 已有 100 多年的歷史，其工藝成熟，價格低廉，過載能力強，可靠性好，可視性好，但由于元件磨損、灰塵增多、電磁性能變差等因素的影響，準確度等級不高，不易實現自動化，可是目前國內乃至國外，尤其是在農村電網及三相低壓中，感應式電能表還占有相當大的市場。因此在電費結算時要對功率因數進行考核。最大需量為一個月的最大值，過月時，要求將當月最大值保留到上月，而當前最大值清零重新開始計量。 定長時間也稱為需量周期，一般為 1 60 min。 下面是電子式電能表的原理框圖工作原理框圖 圖 電能表的原理框圖 電子式電能表的功能與分類 1． 計量功能 電子式電能表的計量功能 具體地又分為累計和實時計量兩部分。電源部分非常重要，它是電子式電能表工作的動力源，一般由線性或開關穩(wěn)壓電路構成。它的誕生也是得益于電子技術的發(fā)展。測量直流電能的電能表多采用電動系測量機構，而用于測量交流電能的電能表則采用感應系測量機構。 REVP 輸出（腳 20）指示電能方向，電能通過光耦輸出。 電壓拾取電路實際上是一個分壓電路，將火線和零線（負荷電壓）分壓： R23/（ R9+R10+R11+R12） ，輸入到測量芯片輸入端 8 腳。 電能計量原理框圖如圖所示。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。 100 多年來，隨著電力系統、所有以電能為動力的產業(yè)的發(fā)展以及電能管理系統的不斷完善，電能表的結構和性能也經歷了不斷更新、優(yōu)化的發(fā)展過程。電能表作為測量電能的專用儀表其性能直接影響著電能管理的效率，為使 電能計量儀器儀表適應工業(yè)現代化和電能管理現代化飛速發(fā)展的需求電子式電能表應運而生。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 涉密論文按學校規(guī)定處理。 圖 電能計量原理框圖 1 學院本科畢業(yè)設計（論文） 電能計量 2 用戶供電線路分支是與高壓配電系統相連接的，要對這個高壓供電系統分支的電能進行計量，首先要通過電壓信號源器件將高電壓信號成正比地變?yōu)榈碗妷盒盘?，通過電流信號源器件將大電流成正比地變?yōu)樾‰娏餍盘枺蝗缓笸ㄟ^傳輸線將這個低電壓、小電流信號傳輸給電能量采樣、測量、計算、顯示、存儲器件。通過電阻分壓確保 ADE7755電壓通道中信號電壓在其工作范圍內 [6]。光耦器件是用來隔離 MCU 電路的。 電能開發(fā)及利用的加快，對電能管理和電能表性能提出了更高的要求， 感應系電能表準確度等級不夠高，為使電能計量儀器儀表適應工業(yè)現代化和電能管理現代化迅速發(fā)展的需要，電子式電能表應運而生。在 20 世紀 80 年代之前，電子式電能表并沒有顯示出它巨大的生命力和活力，它的應用局限于高精度電能表、標準表和檢驗裝置，其成本較高，性能和可靠性比機械表并不優(yōu)越很多。 （ 3）顯示部分：將電能量及其他信息顯示出來。累計計量功能主要包括累計雙向供電的有功電能、無功電能 、視在電能的消耗量、斷電時間、斷電次數等。 而計算需量的間隔稱為滑差步進時間，一般為 15 min。一般要求記錄多個月最大需量。 二．電能表按相別和接線方式分，可分為單相、三相三線制和三相四線制三種。 全電子式電能表 因其內部沒有可動部件，無機械摩擦而準確度高，靈敏度高，使用壽命長，易實現自動化計量，可實現 遙測遙控，實現數據自動分析統計，計量中可排除人為因素干擾，功能多，數據可存儲，便于無紙化抄核收作業(yè)，便于遠方集中抄表。 I2C 總線在整個系統中占有重要的作用，它關系到 LCD 顯示、電量數據存儲、時間和日期的讀取等等，它是 MCU 與外部設備的接口，是 MCU 獲取信息的 窗口 [4]。 錳銅分流器和普通電流互感器相比，具有線性好和溫度系數小等優(yōu)點。 1．電阻網絡 采用電阻網絡的最大優(yōu)點是線性好、成本低，缺點是不能實現電氣隔離。 U x (t)Uy(t)U x (t)Uy(t)Uo(t)Uo(t)xy 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 14 圖 乘法器表示方式 從乘法的代數概念出發(fā)，乘法器具有四個工作區(qū)域，由它的兩個輸入電壓極性來確定。它在提供的節(jié)拍信號的周期 T 里，對被測電壓信號 ux 作脈沖調寬式處理，調制出一正負寬度 T T2 之差（時間量）與 ux 成正比的不等寬方波脈沖，即T2－ T1＝ K1ux；再以此脈沖寬度控制與 ux 同頻的被測電壓信號 uy 的正負極性持續(xù)時間，進行調幅處理，使 u＝ K2uy；最后將調寬調幅波經濾波器輸出，輸出電壓U0 為每個周期 T 內電壓 u的平均值，它反映了 ux、 uy 兩同頻電壓乘積的平均值，實現了兩信號的相乘，輸出的調寬調幅方波如圖 所示。乘法器的輸出電壓 U0 就是由 S2 的動作所得到的幅度為士 uy 的不等寬方波電壓經濾波后的直流成分。經濾波器輸出后，得到電壓 U0 為 u 的反向平均值 式 即輸出電壓 U0 與 ui 成正比，因此整個電路是一個實現了 u、 i 乘積運算的乘法器，它的輸出相 應于 ui乘積的平均值，亦即平均功率。采用數字乘法器，由計算機軟件來完成乘法運算，可以在功率因數為 0～ 1 的全范圍內保證電能表的測量準確度。通過軟件來完成采樣及乘法計算的準確度與 △ t 的選取有關。輸出電壓波形如 圖 所示。這樣做，一方面是為了便于取出電能 計量單位的位數（如百分之一度位）；另一方面是考慮到計數器長期計數的容量問題。計數器可記錄時間 T 內通過控制門的脈沖數，每一個脈沖所代表的電量數經計算確定后，便可經譯碼電路由顯示器顯示出來 。 圖 電源監(jiān)測電路 在上電的時候，如果上電緩慢，單片機會出現復位錯誤，從而導致程序不能正確運行。 圖 光電隔離簡圖 A B 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 25 MCU 及其它相關部分 MCU 是選用 89LPC931 這種單片機，這部分電路有 LCD 顯示電路、實時時鐘電路、存儲器及掉電保護等組成。這種存儲器非常適合電能表作數據存儲，當電能表有電時可以隨時改寫數據，而當掉電后數據保持不變。它詳細地介紹了各部分的具體任務和功能，使大家對電能表的基本結構和組成有個大概地了解。 指示燈電路包括峰指示、谷指示、通訊指示，當 MCU 對應腳輸出低電平時，電流經限流電阻， LED，流入 MCU 腳，指示燈亮。 8025 引腳說明： NC空引腳； SCLI2C 數據串行傳輸同步時鐘輸入；FOUT32768HZ 時鐘頻率輸出； TEST測試用，正常使用時接到 VDD； VDD工作電源輸入； FOE控制 FOUT 的輸出：當為高時，輸出 32768HZ 時鐘信號；當為低時，不輸出時鐘信號； /INTA定時輸出 A 腳，輸出鬧鐘中斷（ ALARMW） 或定時到信號地； SDAI2C 數據串行傳輸數據引腳（輸入 /輸出） 圖 顯示電路 I/O 分配 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 26 存儲器選用的是支持 I2C 總線的可檫寫 E2PROM，型號是 24WC08，可以隨時讀寫，而且在掉電后數據仍然保存不變。 R39 和 R40 是偏置電阻，進行網絡失效保護。 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 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 C TR C E1 濾波，其中 C TR C2構成濾波網絡，產生一個帶有一定脈動分量的直流電。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。 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。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。從上式可以看出，平均功率的計算與功率求解過程與功率 因數無關，因此，可以得出采用數字乘法器的全電子式電能表的電能測量與功率因數無關的結論，這是這類電能表的一個重要特點。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。當系統達穩(wěn)態(tài)時，積 分器在 T T2 時間段內的總積分電荷量應為 零，即 式