【正文】 后對乘積進行低通濾波。主諧波 )2cos( t?由瞬時有功功率產(chǎn)生，而這個信號通過數(shù)字 頻率轉(zhuǎn)換器隨時間被積分（累加），進而產(chǎn)生輸出頻率，這種累加起到平均作用，將抑制瞬時有功功率信號中的非直流成分，正弦信號的平均值等于零。 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)設計（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)動機電式計數(shù)器或與微控制器（ MCU）接口。它只在 ADC 和基準源中使用模擬電路，所有其它信號（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確度和長期的 穩(wěn)定性。通常取 ??tu = ? ?tU ?sin2 ， ??ti = ? ??? ?tI sin2 ；這樣在 t 時刻，負載上消耗的瞬時功率就是 ? ? ? ?? ?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。因此在進行 I/O 口擴展和存儲器擴展時，需要利用地址鎖存器將地址信號從地址 /數(shù)據(jù)總線分離出來，以實現(xiàn)總線的分時復用， 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)存儲器，存儲容量為 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，這些單片機均帶有 I/O 口、串行口、定時器 /計數(shù)器（為 16 位）、片內(nèi) RAM 及 ROM（或 EPROM、 OTP），并有多優(yōu)先級中斷處理功能， 1982 年至1988 年， Intel 公司在原有的 8 位單片機的基礎上又先后推出了性能更高的 16 位單片機 809 8098 和 80C196 系列，其功能大大超過了 51 系列單片機。本設計重點在于對用戶板的軟硬件構成和工作原理。如果檢測到某個用戶使用超過規(guī)定規(guī)定功率的發(fā)熱性負載（即惡性負載），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 的存儲區(qū)，用于保存卡的各種信息、密碼、應用文件等， 1KB～ 16KB。其特點為具有安全控制邏輯， 安全性能較好，同時采用 ROM、 PROM、EEPROM 等存儲技術，從芯片制造到交貨，均采用較好的安全保護措施，為提高安全性，加密存儲器卡的存儲空間被分為密碼區(qū)、個人區(qū)等多個不同的功能區(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? 計算，便得有功功率，再定時累加就是電能值。但它仍然具有機械式感應電度表的缺點，即耗電多、笨重。電能計量系統(tǒng)完成了電能測量、電能值顯示、超負 荷斷電等功能；身份識別 系統(tǒng)即預付費系統(tǒng)主要是利用 IC 卡對用戶的身份進行識別從而實現(xiàn)先付費，再用電。 從近幾年的應用情況來看，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)此進行電費結算。 本科生畢業(yè)設計（論文） 3 這種方式成本較高，信息傳輸不及時，同時讓用戶充當了信息通道的角色。 集中 式電能計量、管理 在我國，民用 電表的收費一直采用人工抄表、收費的方式，十分煩瑣，而且容易出錯。第三部分：變換器，也稱電 壓 — 頻率（ V－ f）轉(zhuǎn)換電路。感應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 過軟件編程實現(xiàn)遠程自動抄表、負荷控制參數(shù)的分散采集和存貯等功能，使得分時電價、需量電價等功能得到有效地實施和推廣。電能表經(jīng)歷了從感 應式到電子式，從單一的計量功能到集計量、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 費均分難、 惡性負載識別難、用電情況實時監(jiān)測等問題，實現(xiàn)了學生公寓 用電 的現(xiàn)代化和自動化管理。 本科生畢業(yè)設計（論文） I 摘 要 目前 用于 學生宿舍 、公寓的電能計量控制系統(tǒng)在全國大部分高校中 已 普遍 使用， 但大部分采用 以房間為單位計費，然后均分到個人的計費方法，該方法 不能實現(xiàn)對學生個人用電計費，收費困難，易造成學生間的矛盾，因此 如何科學合理地對學生公寓進行電能管理是一個 亟 待解決的重要課題。 關鍵詞： 電量計量 ； 身份識別；惡性負載識別 ； IC 卡 本科生畢業(yè)設計（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，目前的計量表計是感應式、電子式電能表并存，但長遠來說電子式電能表取代傳統(tǒng)的感應式電能表是大勢所趨。但是，感應式脈沖電能表僅僅解決了電能表的功能擴展問題，而對表計的準確度低和頻率適應范圍窄的問題仍無能為力。因乘法器輸出的是一個模擬量（直流電壓），用電壓表（數(shù)字式表）測量這個電壓，用功率單位（ W 或 KW）表示的測量結果就是功率數(shù)。此外由于現(xiàn)在很多樓宇都裝有防盜門鎖，使得收費工作更加不方便。優(yōu)點是實現(xiàn)了抄表、收費、控制的三位一體，徹底杜絕了欠費現(xiàn)象的發(fā)生，精簡了管理人員，降低了管理費用 。隨著全電子式電能表技術的逐漸成熟和電能管理日趨科學化的要求，學校對公寓用電的管理已不滿足于僅僅對每 月電能數(shù)據(jù)的抄錄和電費的收繳，還要求每個學生的用電量由其所有的智能開關支路的耗電量決定，與其他學生的用電無關，從而達到收費公平、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，然后送入單片機進行相乘運算。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。 安全性加密存儲器卡內(nèi)嵌芯片在存儲區(qū)外增加了控制邏輯。 本科生畢業(yè)設計（論文） 8 CPU 卡（ Smart Cards 接觸型）內(nèi)嵌芯片相當于一個特殊類型的單片機，內(nèi)部除了帶控制器、存儲器、時序控制邏輯外，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，而且可靠性高，經(jīng)久耐用。當用戶的余額不足時，將通過報警提醒用戶盡快充值，如超過限額將予以斷電。 每個用戶對應一個電能采集前端，其硬件的物理構成主要有電能采集模塊ADE775濾波電路構成，該模塊的功能有二：其一負責將用戶的電能轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖；其二將電網(wǎng)上的電壓和電流信號變換成 0～ 5V 范圍內(nèi)的模擬信號。 80C196KB即是此系列的產(chǎn)品。可以對帶符號數(shù)和不帶符號數(shù)進行操作； 16 位乘 16 位的指令執(zhí)行時間為 ～ ， 32 位除以 16 指令的執(zhí)行時間為 ～ ；還有符號擴展、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，在維持狀態(tài)下只需要幾個微安電流，很適于應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）連接，在 ALE 的下降沿將程序存儲器的低 8 位地址鎖存起來。一般將有功功率 P 定義為瞬時功率 ??tp 在一個周期 T內(nèi)的平均值。這為設計一種低成本、高精度、多功能的電能計量系統(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值，用于校 驗或與 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)設計（論文） 19 圖 ADE7755與控制器的接口 電能計量的硬件電路 采集前端的主要功能是將輸入的電壓和電流信號變換為能夠反映功率的脈沖信號，本方案中采用全數(shù)字處理的電能計量芯片 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，這兩個信號是以差動的形式分別接入 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)設計 \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