【正文】 功功率的計(jì)算。 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。由這樣方法設(shè)計(jì)的電能表的可靠性較差，特別對于大批量生產(chǎn)工藝來說更不合適。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。乘法器的類型決定了電子式電能表電能測量單元的結(jié)構(gòu)。 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?。國產(chǎn) 級電子式電能表也開始在部分地區(qū)實(shí)用。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 級表計(jì) ， 而霍爾乘法器只用于 級及以下安裝式計(jì)費(fèi)電能表。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 ， 占有市場份額 40%， 且年返修率僅%。 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。 啟動(dòng)電流小 ， 差 動(dòng) 曲線平整 。 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：單相電子式電能表、三相電子式電能表。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。 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。而且機(jī)械式電能表功耗較多、體積較大、功能簡單，需要人工抄表。 顯示控制 模塊為用戶提供了清晰，實(shí)時(shí)的電量信息。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。 論文在對電能計(jì)量和數(shù)字信號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。 關(guān)鍵詞 電子式電能表 ； ADE7755；電能計(jì)量； 信號處理 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。現(xiàn)代化的供、用電管理方法要求電能表具有分時(shí) 計(jì)價(jià)和自動(dòng)遠(yuǎn)程抄表等功能。這種電能表由于運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)在確保電子電能表的測量精度和各項(xiàng)功能齊全的前提下，縮小了整機(jī) 體積，使每戶分?jǐn)偟某杀敬蟠蠼档汀Ｊ紫仁浅啥际镞_(dá)公司推出的機(jī)電一體式電能表，珠海恒通儀表有限公司在 1993 年率先推出的電子式單相電能表，寧夏寧光儀表有限公司推出了電子式三相有功電能表，湖南威勝電子有限公司也于同年推出了集有 功計(jì)量和無功計(jì)量于一表的電子式三相多功能電能表，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。 按原理分 類有：模擬乘法器型、數(shù)字乘法器型等。 頻率響應(yīng)范圍寬 感應(yīng)式電能表的頻率響應(yīng)范圍一般為 45~55Hz；而電子式多功能電能表的頻率響應(yīng)范圍為 40~2020Hz。 表 11 列出了兩種電能表的性能比較。在歐洲著名表廠創(chuàng)導(dǎo)下成立了 DLMS(計(jì)量部件描述語言消息規(guī)范 )用戶協(xié)會(huì) ， DLMS 已構(gòu)成 IEC 有關(guān)表計(jì)規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。 計(jì)費(fèi)用電子式電能表在我國應(yīng)用和制造發(fā)展都很快 ， 從 20 世紀(jì) 90 年代開始到現(xiàn)在已大量使用只花了十多年就為廣大電力公用企業(yè)接受。單相電子式電能表的專用芯片據(jù)報(bào)道1998 年全國產(chǎn)量 500 萬片 ， 而 2020 年新一代芯片 ADE7755 在中國銷量超過1000 萬片。 xxx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 第 2章 電子式電能表電能計(jì)量基礎(chǔ) 電能的測量方式有電解式、感應(yīng)式、電子式，目前在實(shí)際應(yīng)用中最常用的為感應(yīng)式和電子式兩種。初期的電子式電能表以時(shí)分割型為主的較多，目前的電子式電能表則以數(shù)字乘法器為主。研究指出，利用高精度 A/D 轉(zhuǎn)換器，增加采樣次數(shù)就可以將電能計(jì)算得很準(zhǔn)確。數(shù)字型乘 法器以 xxx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 A/D 變換原理也分為兩類；用逐次比較型 A/D 進(jìn)行采樣的數(shù)字乘法器和用 Δ Σ原理進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)字乘法器。 無功電能的計(jì)量 無功電量反映了儲(chǔ)能元件 L 或 C 在一個(gè)周期內(nèi)能量交換的規(guī)模，即電能與磁場能或電場能交換的規(guī)模，其規(guī)模大小用能量交換的最大速率來表示。 21max 21tttpdPtt?? ? (2－ 16) 其中 2t ,1t 為時(shí)刻， 2t ,1t 的差等于 15 或 30 分鐘 。 功率因素越低，電源設(shè)備所能發(fā)生的有功功率越小，其容量將不能充分利用。 電壓電流的有效值以及功率 是電能測量的重要參數(shù)。將主網(wǎng)中 的大電壓，大電流轉(zhuǎn)化為小電壓，小電流，以便提供給計(jì)量芯片進(jìn)行信號處理。當(dāng)上位機(jī)發(fā)出命令要求上傳數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)就將數(shù)據(jù)通過 RS485 通信模塊送出。 通道 1 的最大差動(dòng)峰值電壓應(yīng)小于 470mV(有效值為 330mV)。 CT 的變比和負(fù)載電阻 Rb 的大小根據(jù)差動(dòng)峰值電壓而定。 ADE7755主要由模擬信號處理電路和數(shù)字信號處理電路兩部分組成。 LPF 輸出的數(shù)字量經(jīng)數(shù)字 頻率轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生輸出頻率 Fl， F2 和 CF。 AVDD 模擬電源引腳。完全差動(dòng)輸入方式，正常工作最大信號電平為 ? 660mV。外部基準(zhǔn)源可以直接連接到該引腳上。 1 S1， S0 這兩個(gè)引腳的邏輯輸入用來選擇數(shù)字 /頻率轉(zhuǎn)換系數(shù)。 1 DGND 這是 ADE7755 數(shù)字電路 (即乘法器，濾波器和數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器 )的接地參考點(diǎn)。 圖 35 電能計(jì)量電路 線路電壓 220V， 基本電流 I為 10A，最大電流 40A，動(dòng)態(tài)范圍 400： 1(規(guī)定準(zhǔn)確度的電流范圍為 2%I~Imax，即 200mA~40A) ； 計(jì)度器的電表常數(shù) C為100imp/kWh，即 ADE7755發(fā) 100個(gè)脈沖，計(jì)度器記錄 1kWh電能 ； 經(jīng) CF輸出脈沖常數(shù)為 1600imp/kWh的電能脈沖 ； 為滿足電流通道的動(dòng)態(tài)范圍且留有充分的余量，選用 250u? 的分流器 ； 通過它將負(fù)載電流轉(zhuǎn)換為電壓，接到 V1P和 V1N引腳。最大負(fù)載電流時(shí)經(jīng)分流器產(chǎn)生的電壓為 =，小于 30mV的最大值。 AT89C52 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只 讀程序存儲(chǔ)器和 256bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合 。阻容降壓電源主要由降壓限流、整流濾波、穩(wěn)壓三部分組成，原理框圖如圖 37 所示。采用半波整流時(shí)，1 Fu 電容可得到的電流平均值為 4 4 22 0 2 4 50 00 00 1 30CVI m AZ? ? ? ? ? ? ? ? ? (3－ 3) 式中， V 為電網(wǎng)電壓； CZ 為降壓電容的容抗。 單相電子式 電能表的直流穩(wěn)壓電源單元分別以相線、零線為參考地，分兩路各自經(jīng)降壓限流、整流濾波和穩(wěn)壓等電路之后，輸出兩路 5V電源供信號采集單元工作，同時(shí)輸出 ，如圖 38 所示。 因 電 能 表 工 作 電 壓 為80%U~120%U ，則 C33 的 工 作 電 壓 選 擇 275VAC 。C33 為降壓電容，相當(dāng)于降壓變壓 器。 阻容降壓型直流穩(wěn)壓電源具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、成本低、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)定可靠、高效等特點(diǎn)。當(dāng)合上電源（如220VAC/50Hz）的瞬間，有可能是電源的正或負(fù)半周的峰峰值，此時(shí)瞬間電流會(huì)很大，因此需串聯(lián)一個(gè)限流電阻，以保證電路的安全。 P0~P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中， P0 端口 (32~39 腳 )被定義為 N1 功能控制端口，分別與 N1 的相應(yīng)功能管腳相連接， 13 腳定義為 IR 輸入端， 10 腳和 11 腳定義為 I2C 總線控制端口，分別連接 N1 的 SDAS(18 腳 )和 SCLS(19腳 )端口 ， 12 腳、 27 腳及 28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板 CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。與可調(diào)電位器調(diào)整相比，這種方法檢修和調(diào)節(jié)更方便、快捷，最重要的是更穩(wěn)定可靠 。 利 用 分 壓 電 阻 網(wǎng) 絡(luò) 將 220V 線 路 電 壓 降 到 ， 則 分 壓 比 為(220/):1=908:1。其輸出頻率反映瞬時(shí)有功功率的大小。 1 CLKOUT 把一個(gè)石英晶體接在 CLKIN 和 CLKOUT 之間，為 ADE7755 提供一個(gè)時(shí)鐘源。 為了有效地抑制噪聲，模擬接地面與數(shù)字接地面只應(yīng)有一點(diǎn)連接。當(dāng)為低電平時(shí)， ADC 和數(shù)字電路保持復(fù)位狀態(tài)，