【正文】 后對(duì)乘積進(jìn)行低通濾波。主諧波 )2cos( t?由瞬時(shí)有功功率產(chǎn)生，而這個(gè)信號(hào)通過數(shù)字 頻率轉(zhuǎn)換器隨時(shí)間被積分（累加），進(jìn)而產(chǎn)生輸出頻率，這種累加起到平均作用，將抑制瞬時(shí)有功功率信號(hào)中的非直流成分，正弦信號(hào)的平均值等于零。 470mV 0 1 2 177。 0f 0U i u 電壓變換器 電流變換器 乘法器 電壓 /頻 率轉(zhuǎn)換器（ U/f） 分頻器、計(jì)數(shù)器 送至微處理器處理 圖 電子式電能表的工作原理 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 ADE7755 的引腳 F1 和 F2 以較低頻率形式輸出有功功率平均值，能直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電式計(jì)數(shù)器或與微控制器（ MCU）接口。它只在 ADC 和基準(zhǔn)源中使用模擬電路，所有其它信號(hào)（如相乘和濾波）都是用數(shù)字電路，即使 ADE7755 在惡劣的環(huán)境條件下仍能保持極高的準(zhǔn)確度和長期的 穩(wěn)定性。通常取 ??tu = ? ?tU ?sin2 ， ??ti = ? ??? ?tI sin2 ；這樣在 t 時(shí)刻，負(fù)載上消耗的瞬時(shí)功率就是 ? ? ? ?? ?titutp ? =2 ? ? ? ???? ?ttUI sinsin = ? ?? ???? ?? tUI 2c o sc o s = ? ???? ?? tUIUI 2c o sc o s （ 41） 由公式（ 41）可知，瞬時(shí)功率 ??tp 是由直流分量 ? ??cosUI 和分流分量? ??? ?tUI 2 兩部分組成的。因此在進(jìn)行 I/O 口擴(kuò)展和存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，需要利用地址鎖存器將地址信號(hào)從地址 /數(shù)據(jù)總線分離出來，以實(shí)現(xiàn)總線的分時(shí)復(fù)用， 74LS373 是最常用的鎖存器之一。 6264 是 Intel 公司生產(chǎn)的靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)容量為 2K字節(jié)。 2864 的容量是 8K（ 132 字節(jié)），需要 13 條地址線。 （ 3）有一套效率更高、執(zhí)行速度更快的指令系統(tǒng)。 1980 年， Intel 公司推出了51 系列單片機(jī)，這些單片機(jī)均帶有 I/O 口、串行口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器（為 16 位）、片內(nèi) RAM 及 ROM（或 EPROM、 OTP），并有多優(yōu)先級(jí)中斷處理功能， 1982 年至1988 年， Intel 公司在原有的 8 位單片機(jī)的基礎(chǔ)上又先后推出了性能更高的 16 位單片機(jī) 809 8098 和 80C196 系列，其功能大大超過了 51 系列單片機(jī)。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于對(duì)用戶板的軟硬件構(gòu)成和工作原理。如果檢測到某個(gè)用戶使用超過規(guī)定規(guī)定功率的發(fā)熱性負(fù)載（即惡性負(fù)載），則通過繼電器模塊切斷該路電源， 15秒后再試探重新供電，如發(fā)現(xiàn)用戶已解除限制性負(fù)載，則給予正常供電。此外，大多數(shù)射頻 CPU卡讀寫器都配有上傳接口，以便將所獲取的數(shù)據(jù)上傳給另外的系統(tǒng)。它將在 COS（ Chip Operation System，片內(nèi)操作系統(tǒng)）控制下，實(shí)現(xiàn)卡與外界的信息傳輸、加密、解密和判別處理等； ROM 用于存放 COS， 3KB～ 16KB； RAM 用于存放中間處理結(jié)果及作為卡與讀寫器間信息交換的中間緩沖器， 128B～ 1KB； EEPROM 則是真正可供用戶訪問 的存儲(chǔ)區(qū)，用于保存卡的各種信息、密碼、應(yīng)用文件等， 1KB～ 16KB。其特點(diǎn)為具有安全控制邏輯， 安全性能較好，同時(shí)采用 ROM、 PROM、EEPROM 等存儲(chǔ)技術(shù)，從芯片制造到交貨，均采用較好的安全保護(hù)措施，為提高安全性，加密存儲(chǔ)器卡的存儲(chǔ)空間被分為密碼區(qū)、個(gè)人區(qū)等多個(gè)不同的功能區(qū)。 基于以上分析，方案四明顯優(yōu)于其他三種方案。將過零脈沖送 CPU處理，得出電流和電壓的相位差（ ? ），按公式 ?cosUIP? 計(jì)算，便得有功功率，再定時(shí)累加就是電能值。但它仍然具有機(jī)械式感應(yīng)電度表的缺點(diǎn)，即耗電多、笨重。電能計(jì)量系統(tǒng)完成了電能測量、電能值顯示、超負(fù) 荷斷電等功能；身份識(shí)別 系統(tǒng)即預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)主要是利用 IC 卡對(duì)用戶的身份進(jìn)行識(shí)別從而實(shí)現(xiàn)先付費(fèi)，再用電。 從近幾年的應(yīng)用情況來看，國內(nèi)現(xiàn)有的校園電能管理方式比較單一，只能簡單地記錄用戶的每月電量，再據(jù)此進(jìn)行電費(fèi)結(jié)算。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 這種方式成本較高，信息傳輸不及時(shí)，同時(shí)讓用戶充當(dāng)了信息通道的角色。 集中 式電能計(jì)量、管理 在我國，民用 電表的收費(fèi)一直采用人工抄表、收費(fèi)的方式，十分煩瑣，而且容易出錯(cuò)。第三部分：變換器，也稱電 壓 — 頻率（ V－ f）轉(zhuǎn)換電路。感應(yīng)式脈沖電能表的出現(xiàn)極大地解決傳統(tǒng)電能表功能單一的問題，電能表可以通 過軟件編程實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表、負(fù)荷控制參數(shù)的分散采集和存貯等功能，使得分時(shí)電價(jià)、需量電價(jià)等功能得到有效地實(shí)施和推廣。電能表經(jīng)歷了從感 應(yīng)式到電子式，從單一的計(jì)量功能到集計(jì)量、控制、通訊等多種功能于一身的發(fā)展階段。 本 系統(tǒng) 解決了 電 費(fèi)均分難、 惡性負(fù)載識(shí)別難、用電情況實(shí)時(shí)監(jiān)測等問題，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生公寓 用電 的現(xiàn)代化和自動(dòng)化管理。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 目前 用于 學(xué)生宿舍 、公寓的電能計(jì)量控制系統(tǒng)在全國大部分高校中 已 普遍 使用， 但大部分采用 以房間為單位計(jì)費(fèi)，然后均分到個(gè)人的計(jì)費(fèi)方法，該方法 不能實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生個(gè)人用電計(jì)費(fèi)，收費(fèi)困難，易造成學(xué)生間的矛盾，因此 如何科學(xué)合理地對(duì)學(xué)生公寓進(jìn)行電能管理是一個(gè) 亟 待解決的重要課題。 關(guān)鍵詞： 電量計(jì)量 ； 身份識(shí)別；惡性負(fù)載識(shí)別 ； IC 卡 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Abstract University student hostels currently prevailing own apartment management, how scientific and reasonable for students villas Energy management is to be resolved into one of the important topics. This paper analyzes the domestic civilian and Area Energy Management System based on the status of student apartments and electricity management in the actual situation, A design with the identification of student apartments intelligent power management system. The system can spot and the management level two ponents. Field level through a dedicated power measurement and AD7755 chip with A/D conversion function of 80C196 embedded microprocessor KB and the identification circuit (IC circuit prepaid electricity) as the core personal consumption data measurement, Realtime dynamic type identification resistive heating load for the right side of the apartment monitor, investigate unusual electricity, thereby effectively limiting the use of students, such as faster heat, furnace son, incandescent easy use of fire appliances, Communication through the pletion of the apartment39。從總體來看，目前的計(jì)量表計(jì)是感應(yīng)式、電子式電能表并存，但長遠(yuǎn)來說電子式電能表取代傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表是大勢所趨。但是，感應(yīng)式脈沖電能表僅僅解決了電能表的功能擴(kuò)展問題，而對(duì)表計(jì)的準(zhǔn)確度低和頻率適應(yīng)范圍窄的問題仍無能為力。因乘法器輸出的是一個(gè)模擬量（直流電壓），用電壓表（數(shù)字式表）測量這個(gè)電壓，用功率單位（ W 或 KW）表示的測量結(jié)果就是功率數(shù)。此外由于現(xiàn)在很多樓宇都裝有防盜門鎖，使得收費(fèi)工作更加不方便。優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了抄表、收費(fèi)、控制的三位一體，徹底杜絕了欠費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生，精簡了管理人員，降低了管理費(fèi)用 。隨著全電子式電能表技術(shù)的逐漸成熟和電能管理日趨科學(xué)化的要求，學(xué)校對(duì)公寓用電的管理已不滿足于僅僅對(duì)每 月電能數(shù)據(jù)的抄錄和電費(fèi)的收繳，還要求每個(gè)學(xué)生的用電量由其所有的智能開關(guān)支路的耗電量決定，與其他學(xué)生的用電無關(guān)，從而達(dá)到收費(fèi)公平、控制合理的目的。前者主要追求可靠性，后者要求高安全性。 模數(shù)轉(zhuǎn)換式 對(duì)電流和電壓分別采樣，再通過 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后送入單片機(jī)進(jìn)行相乘運(yùn)算。系統(tǒng)框圖如圖 所示 。其中，模擬乘法器、低通濾波器和 V/F 變換器采用集成電路 ADE7755。 安全性加密存儲(chǔ)器卡內(nèi)嵌芯片在存儲(chǔ)區(qū)外增加了控制邏輯。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 CPU 卡（ Smart Cards 接觸型）內(nèi)嵌芯片相當(dāng)于一個(gè)特殊類型的單片機(jī)，內(nèi)部除了帶控制器、存儲(chǔ)器、時(shí)序控制邏輯外，還帶有算法單元和操作系統(tǒng)。 采用射頻 CPU卡作為銷售電能的傳輸媒質(zhì)，不但安全性甚強(qiáng)，而且可靠性高，經(jīng)久耐用。當(dāng)用戶的余額不足時(shí)，將通過報(bào)警提醒用戶盡快充值，如超過限額將予以斷電。 每個(gè)用戶對(duì)應(yīng)一個(gè)電能采集前端，其硬件的物理構(gòu)成主要有電能采集模塊ADE775濾波電路構(gòu)成，該模塊的功能有二：其一負(fù)責(zé)將用戶的電能轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖；其二將電網(wǎng)上的電壓和電流信號(hào)變換成 0～ 5V 范圍內(nèi)的模擬信號(hào)。 80C196KB即是此系列的產(chǎn)品?？梢詫?duì)帶符號(hào)數(shù)和不帶符號(hào)數(shù)進(jìn)行操作； 16 位乘 16 位的指令執(zhí)行時(shí)間為 ～ ， 32 位除以 16 指令的執(zhí)行時(shí)間為 ～ ；還有符號(hào)擴(kuò)展、數(shù)據(jù)規(guī)格化等指令。通過80C196KB 的 P3 口經(jīng) 74LS373 提供 8 位地址， ～ 提供高 5 位地址。該芯片采用CMOS 制造工藝，因此具有功耗低的特點(diǎn)，在維持狀態(tài)下只需要幾個(gè)微安電流，很適于應(yīng)用在需要低功耗的場合。值得注意的是， 74LS373 的 G 端和80C196KB 的 ALE（地址鎖存信號(hào)）連接，在 ALE 的下降沿將程序存儲(chǔ)器的低 8 位地址鎖存起來。一般將有功功率 P 定義為瞬時(shí)功率 ??tp 在一個(gè)周期 T內(nèi)的平均值。這為設(shè)計(jì)一種低成本、高精度、多功能的電能計(jì)量系統(tǒng)方案提供了保證。引腳 CF 以較高頻率輸出有功功率的瞬時(shí)值，用于校 驗(yàn)或與 MCU接口，內(nèi)部的相位匹配電路使電壓和電流通道的相位始終是匹配的。 235 mV 1 0 8 177。因此 ADE7755 產(chǎn)生的頻率與平均有功功率成正比。獲取有功功率信息。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 ADE7755與控制器的接口 電能計(jì)量的硬件電路 采集前端的主要功能是將輸入的電壓和電流信號(hào)變換為能夠反映功率的脈沖信號(hào)，本方案中采用全數(shù)字處理的電能計(jì)量芯片 ADE7755 作為取樣電路的核心芯片，其原理圖如 圖 所示 圖 電能采集電路原理圖 圖 中， V1P、 V2P 是用戶入口電線經(jīng)過電流和電壓互感器獲得的電流、電壓取樣信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)是以差動(dòng)的形式分別接入 ADE7755 的電流輸入端（ V1P、1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 4 M a y 2 0 0 7 S h e e t o f F i l e : E : \畢業(yè)設(shè)計(jì) \成品 \參考 \電路圖 . d d b D r a w n B y :C 1 50 . 0 1 u fC 1 40 . 0 1 u fR21KR31KR4470R5470C 1 20 . 0 1 u fT1C 1 30 . 0 1 u fV 1 PV 1 N相線 中線R71KR61KV 2 PV 2 NT2DVDDA C / D CAVDDNCV 1 PV 1 NV 2 NV 2 PR E S TR E FAGNDS C F S1S0G1G0C L K I NC L K O U TNCR E V PDGNDCFF2F1u1A D E 7 7 5 5C20 . 1 uC60 . 1 u fC810ufC910ufC71 0 0 ufC40 . 1 u+ C110u+ C310u+ C510ufGNDV C CV C CV C CV 1 PV 1 NV 2 NV 2 PV C CV C CGNDDOUTD I N