【正文】 每天有 3 種費率可供選擇 ； 9 ： 具有日歷、計量和閏年自動切換功能 ； ： 利用紅外通信方式 ， 與電能表手持抄錄器交換數(shù)據(jù) ； ： 可顯示上月、本月總電量及各費率時段的電量 。 目前 ， 乘法器與相關算法的實現(xiàn)主要有三種方式 ： 1. 采用硬件搭建構成內部運算乘法器 ： 2. 通過外部 MCU 軟件編程實現(xiàn)乘法運算處理 ： 3. 采用 DSP 或專用計量芯片實現(xiàn)乘法處理 ， 如采用 ADC+DSP+MCU+計量軟件或專用計量部件 +MCU 的解決方案 ， 前者如由 ATMEL 公司的 AT73C500 和 AT73C501制成的電能表 ， 后者如由 TI 公司 MSP430F42x 制成的電能表 。 模擬 /數(shù)字變換型電能表將電壓、電流瞬時值轉換成數(shù)字量 ， 由微處理器對它們進行分析處理 ， ADC 檢測 到的是反映電量的最基本的量 ， 微處理器對它進行各種數(shù)字處理 ， 計算出瞬時功率、無功功率、視在功率、電能累計值、功率因素 ， 電壓電流的大小等 。 它依然采用感應式電能表的測量機構 ， 只是利用光電傳感器將電能轉換成電脈沖信號 ， 通過電子電路對脈沖信號進行處理和計算 ， 完成電能的計量工作 。 虛擬儀表的出現(xiàn)是儀表發(fā)展史上的一次革命 ， 代表儀表發(fā)展的最新方向和潮流 ， 將對儀表技術的發(fā)展產生不可估量的影響 。 虛擬儀表的系統(tǒng)結構構成和傳統(tǒng)的儀表一樣 ， 也由三部分構成 ： 數(shù)據(jù)輸入 ， 進行信號調理并將輸入的被測模擬信號轉換成數(shù)字信號便于處理 ： 數(shù)據(jù)處理 ， 按測試要求對輸入信號進行各種分析與處理 ： 數(shù)據(jù)輸出 ， 將量化的數(shù)據(jù)轉換成模擬信號并進行必要的調理 。 通過計算機 ， 人機交互的信息傳送可以分為三個階段 ： 單純文字、字符、數(shù)據(jù)交互 ： 多媒體信息、交互 ： 虛擬現(xiàn)實的信息交互 。 電子技術、計算機技術和網(wǎng)絡技術的進步對智能儀表發(fā)展的推動 1. 微電子技術的發(fā)展對儀表智能化的影響 微電子技術是微電子學中各種工藝技術的總稱 ， 它包括系統(tǒng)和電路的設計、工藝技術、材料設備、自動測試等一系列技術 。 3. 具有數(shù)據(jù)處理功能 。一般的工作過程是 ： 傳感器拾取被測參量的信號轉換成電信號 ， 經濾波去除干擾后送入多路模擬開關 ： 由微控制器選通模擬開關將各輸入信號逐一送入放大器 ， 放大器的信號經 A/D 處理后變換成相應的數(shù)據(jù)送入微控制器中 ： 微控制器根 據(jù)儀表所設 3 定的初值進行相應的運算和處理 ： 運算結果送入顯示和打印 ： 微控制器把運算結果與存儲于片內的 FLASH ROM 或 E2PROM 內設定的參數(shù)進行比較后 ， 根據(jù)運算結構和控制要求 ， 輸出相應的控制信號 ： 與計算機相聯(lián) ， 使儀表可以接受計算機的程控命 令 ， 由計算機進行全局管理 。 智能儀表的出現(xiàn) ， 極大地擴充了儀表的應用范圍 。 本課題研制了基于 MSP430 的單相多功能電能表 ， 它具有分時計費功能 ， 即對每天的用電量進行分段計量 ， 實行分時計價 ， 通過利用經濟杠桿調節(jié)人們的用電行為 ， 促進對電能的節(jié)約和有效的使用 。s handling ability： Data acquisition part uses electrical energy measurement specialpurpose chip ADE7758 to improve the work energy meter39。s course as well as the present situation， and elaborated each kind way of energy meter reading and discussed the respective advantages and disadvantages. Briefed the future tendency of the energy meter technological development. Then the topic elaborated the work energy meter39。 I 畢業(yè)設計 基于 mps430 電能表的原理設計 摘 要 電能是現(xiàn)代社會中國民經濟和人民生活的重要保障 ， 隨著社會的快速發(fā)展往往導致電能的供應與使用之間產生矛盾 。s behavior in energy consuming and rationalizes the electrical energy utilization， is an effective and valuable measure to solve this problem. For the energy measurement the traditional mechanical electricity meter no longer can meet the requirements of this new tariff system， and microcontrollerbased digital Emeter bees the prerequisite and backbone of this tariff system. The paper first introduced energy meter development39。s circuit and improve the system39。 電能表是當前電量計量和經濟結算的主要工具 ， 隨著現(xiàn)代檢測技術、電氣與電子技術的不斷發(fā)展 ， 使人們能 夠開發(fā)出功能更多、準確度更高的電能計量裝置 。 它 2 內含微處理器 ， 以微處理器為核心 ， 具有信息、處理、數(shù)據(jù)處理、顯示記錄、傳輸與測 量過程自動控制等一系列功能 ， 甚至還具有輔助專家推斷分析與決策 ， 人們習慣上把這種儀表稱為智能儀表 。 被測參量傳感器多路模擬開關放大電路A / D轉換單片機D A C驅動器模 擬執(zhí) 行裝 置通 信 接 口E E P R O MR A M鍵 盤 顯 示 器 打 印 機 報 警 設 備圖 11 智能儀表的系統(tǒng)框圖 硬件部分包括輸入通道、微控制器及其外圍模塊、標準通信接口和輸出通道 。 包括自動調零、自動故障與狀態(tài)檢測、自動校準、自 動診斷及量程自動轉換等 。 6. 具有可程控操作的能力 ， 智能儀表一般配有 GPIB， RS232， RS485 以及現(xiàn)場總線等標準的通信接口 ， 可以很方便地和計算機或其他儀表組成用戶需要的多種功能的測量系統(tǒng) ， 來完成復雜的測試任務 。 2. 計算機技術的發(fā)展對儀表智能化的影響 自從迅猛發(fā)展的計算機技術及微電子技術滲透到儀表技術領域 ， 便使該領域的面貌不斷更新 。 虛擬儀表由計算機硬件、應用軟件和儀表硬件三 部分構成 ， 通過軟件將計算機硬件資源與儀表硬件有機融合為一體 ， 把計算機強大的數(shù)據(jù)處理能力和儀表硬件的測量、控制能力結合在一起 ， 通過軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的 顯示、存儲以及分析處理 。 虛擬儀表由需要部分專用硬件和軟件 ， 目前比較貴 ， 但是由于虛擬儀表主要采用量大面廣的普通計算機硬件和強大而成熟的軟件環(huán)境 ， 可實現(xiàn)靈活的儀表功能而具有重用性 ， 所以具有優(yōu)異的性能價格比和良好的應用前景 。 二十世紀六十年代 ， 為了擴充電能表的使用功能 ， 出現(xiàn)了感應式脈沖電能表 。 時分割乘法器型電能表因其成本低 ， 精度好而得到廣泛運用 ， 但一般適用于生產普通電能表 ， 它的主要障礙在于功能擴展比較困難 。 3. 國外電能表技術發(fā)展的現(xiàn)狀 國外電能表技術的發(fā)展主要集中在電子式電能表的計量芯片上 ， 而計量芯片的核心是乘法算法的實現(xiàn)方式 。 在研制過 程中 ， 精度、可靠性、功耗是側重點 ， 并充分考慮產品化的需要 ， 采取了一些有利于推廣的措施 。 間接測量法是通過對被測量有函數(shù)關系的二個或三個以上的相關量的測量而得到被測量值的測量方法 。 所以 ， 儲能元件能量的轉換是雙向的、 12 可逆的 ， 在一個 周期內的平均功率等于 O。 表示 ， 在這種情況下如何求得非正弦電路的無功功率 。 t 時刻 tUUn ?sin? 則電流為 )sin( ?? ?? tIin （ 式 212） tt ?? 時刻電壓采樣值 )s in (1 ?? ??? tUU n （ 式 213） tt ?? 時刻電壓采 樣值 )s in (1 ?? ??? tUU n （ 式 2— 14） ? 為被測電壓和被測電流之間的相位差 測量方法引入測量誤差 e 為 ： 1?? 正確值采樣值e 16 1)2c o s (1c o s1)s i n (s i n )]s i n ()s i n ()[s i n (???????? ?????tftItUtUtUtI??????????? （ 式 215） 有功電能計算 設在 t 時刻負載兩端的交流電壓和流過負載的交流電流的表達式為 ： tUtutu m ?? s in2s in)( ?? （式 216） )s in (2)s in ()( ???? ???? tItIti m （式 217） 其中 tru ?)( u時刻電壓瞬時值 ： tti ?)( 時刻電流瞬時值 ： mU — 電壓峰值 ： mI 電流峰值 ： U— 電壓有效值 ： I— 電流有效值 ： ? — 電壓與電流相位差 ： ? 一角頻率 。 當用計算機處理時 ， 需要將連續(xù)量離散化 ， 用和式代替積分 。 多費率電能表開發(fā)過程 本選題以美國德州儀表 (Texas Instruments)公司生產的以超低功耗 16位單片 機 MSP430X32X 系列為核心開發(fā)多費率電能表 ， 其開發(fā)過程遵循以下步驟 ： 18 1. 根據(jù)任務需求及單片機所能提供的資源 (外圍 I/O 接口、定時器、中斷和計算時間等 )在 MSP430 系列中選擇最適當?shù)男吞?： 2. 對硬件電路進行完整的設計 ， 并按工作條件選擇單片機外部器件 ： 3. 根據(jù)設計任務對單片機的 RAM 單元進行分配和定義 ： 4. 設計完整軟件的流程圖 ： 5. 軟件模塊化匯編語言編程 ， 匯編與糾錯 ： 6. 仿真調試與修改完善 ： 7. 現(xiàn)場試驗和測試 。 主要用來存儲各個時段的 用電量、電能表常數(shù)、時間參數(shù) 。 MSP430C3XX 系列單片機 單片機是電能表的數(shù)據(jù)處理部分的核心器件 ， 系統(tǒng)要求在短時間內處理大 量的數(shù)據(jù) ， 因此要求單片機有較高的運算速度 。 其中 RO }R3為專用寄存器 ， 分別是程序計數(shù)器 (PC)， 堆棧指 針 (SP)、狀態(tài)寄存器 (SR)和常數(shù)發(fā)生器 (CG)。 MSP430X32X 中的各個模塊 ， 這 些模塊包括 ADC、 EPROM、晶振緩沖器、系統(tǒng)時鐘、定時器 /口、八位定時器 /計數(shù)器、基本定時器、 LCD 驅動器、 PO 口和特殊 功能 24 寄存器等 ， 這些模塊統(tǒng)稱為外圍 (Peripheral)， 創(chuàng)門的編程和應用要用到一些特定的存儲單元 (寄存器 )， 這些單元占有相應的地址 。 上電 (POR/PUC 組合 )后的初始狀態(tài)如下 ： ? 所有的 1/O 引腳處于輸入方式 ： ? 狀態(tài)寄存器復位 ： ? 程序計數(shù)器從 OFFFEH 單元取得地址 ， 并從該地址執(zhí)行程序 ： ? 所有的 I/O標志清零和各外圍模塊及其寄存器的初始化 則各有特點 ， 用戶程序可對各種標志進行分析以確定復位的來源并采取相應的措施 。 此時 ， 在看門狗控制寄存器 WDTCTL 中各位和看門狗計數(shù)器 WDTCNT 中各位復位 。 BTCNT 1 的時鐘由 ACLK 提供 ， 通常用于向其它外圍模塊提供低頻控制信號 ，如電能表液晶顯示模塊的時鐘信號 lcdf 。 由于在 MSP430C323 單片機中沒有硬件串口通信功能 ， 利用 8 位定時器 /計數(shù)器的實現(xiàn)軟件串口通信功能 。 定時器 /口模塊很容易實現(xiàn)脈沖 (包括 PWM)波形的輸出 ， 例如產生紅外通信所需的 的載波 。 為此 ， 本設計對中斷和定時器資源的應用有如下的設想 ： 1)看門狗設置每秒種動作一次并導致系統(tǒng)復位并執(zhí)行主程序 ， 在完成一次電能計量和實時時鐘更新后進入 LPM3 方式 ， 等待下一秒種的看門狗復位 ： 2)基本定時器的 BTCNTI 提供 LCD 的驅動脈沖 ， BTCNT2 產生高速定時中斷 ， 對電壓和電流進行采樣 ： 3)八位定時 /計數(shù)器和 與 協(xié)同用于采用紅外的異步串