基于單片機(jī)的分時(shí)計(jì)費(fèi)智能電表設(shè)計(jì)報(bào)告(編輯修改稿)
2025-07-21 16:21 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 感器，以及所有進(jìn)行有功，無(wú)功和視在電能計(jì)量以及有效值計(jì)量所需的信號(hào)處理元件。圖 計(jì)量模塊電路接線圖圖 為芯片 ADE7758 的具體接線圖，ADE7758 作為一款適用范圍極廣且功能強(qiáng)大的電能計(jì)量芯片在本次設(shè)計(jì)中擔(dān)任了重要的角色，通過(guò)DOUT 管腳直接與單片機(jī)連接，通過(guò) SPI 總線方式，與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間相互通信，從而實(shí)現(xiàn)功率的計(jì)算，其中 DOUT 管腳與單片機(jī) 連接，SCLK 與 連接，DIN 與單片機(jī) 連接，CS 片選信號(hào)與單片機(jī) 連接。 時(shí)鐘及 LCD 顯示模塊本次設(shè)計(jì)中，該電表要實(shí)現(xiàn)分時(shí)計(jì)費(fèi)，既必須引入時(shí)鐘系統(tǒng)，該時(shí)鐘系統(tǒng)必須準(zhǔn)確，且在電表短時(shí)間斷電之內(nèi)，不會(huì)停止工作，因此，該模塊采用了一塊時(shí)鐘芯片 DS12887，該芯片為一款使用很廣泛的時(shí)鐘芯片，具體電路圖如圖 所示：MOT1NC2NC3AD04AD15AD26AD37AD48AD59AD610AD711GND12VCC 13SQW 14NC 15NC 16NC 17IRQ 18RESET 19DS 20NC 21R/W 22AS 23CS 24DS12887U3DS12887DSCSDSDSDSASDSRWD0D1D2D3D4D5D6D7VCC圖 DS12887 接線圖圖 為時(shí)鐘芯片 DS12887 的連線圖，其中 DS 與單片機(jī) 口連接，R/W 與單片機(jī) 口連接，AS 與單片機(jī) 口連接，CS 與單片機(jī) 口連接。通過(guò)該芯片可以提供比較精確的萬(wàn)年歷。同時(shí)智能電表的顯示模塊選用 LCD 顯示，下圖為 LCD1602 顯示電路：VDD1VSS2VEE3RS4RW5LCDEN6D07D18D29D310D411D512D613D714LCD1602CS 25U4LCD1602D0D1D2D3D4D5D6D7ENRSVCCR1810K圖 LCD1602 接線圖通過(guò)該 LCD 液晶顯示器，顯示我們需要的一些信息。上述兩個(gè)模塊通過(guò)與STC89C52 單片機(jī)進(jìn)行連接，可以實(shí)現(xiàn)萬(wàn)年歷的功能，且可以保證，在智能電表短時(shí)間斷電的情況下，時(shí)鐘不會(huì)停止運(yùn)行，繼而使智能電表的分時(shí)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的運(yùn)行，我們用 Proteus 仿真,電路圖如圖 所示：圖 LCD 顯示電路仿真圖圖 為萬(wàn)年歷顯示模塊，上圖中可以通過(guò)按鍵對(duì) LCD 顯示進(jìn)行調(diào)整，可以顯示萬(wàn)年歷，分時(shí)電價(jià)，余額等信息。 信號(hào)采集電路本次設(shè)計(jì)為智能電表，所以要對(duì)用戶的電壓和電流都進(jìn)行采樣，再通過(guò) ADE7758 芯片來(lái)得到一個(gè)較為準(zhǔn)確的功率值并輸入單片機(jī)中，因此電壓電流的采集電路如圖 所示：T1TA32BMT2TV31B02C733nfC833nfR21kR31kIAPIANR4200 R51K C933nfVAPR651K12J1CON212J2CON2R1010圖 信號(hào)采集電路圖 為電流電壓采集電路，在電流采集電路中，通過(guò)將電流互感器TA32BM 串聯(lián)到用戶電路中，以采集用戶的電流信息， TA32BM 額定輸入輸出為 5A/,通過(guò)電流互感器將大電流轉(zhuǎn)換到 ADE7758 可以接受的小電流范圍內(nèi)，然后通過(guò)濾波降低信號(hào)的干擾，最終輸入芯片，在電壓采集電路中，通過(guò)將電壓互感器 TV31B02 并聯(lián)到用戶的負(fù)載上，采集用戶的電壓信息，TV31B02 是一款電流型電壓互感器，額定電流是 2mA/2mA,所以要在電壓互感器的緣邊串聯(lián)一個(gè) 51K 的電阻以降低互感器原邊電流值到可承受的范圍，最后通過(guò)RC 電路濾波后，得到一個(gè)近似 的電壓以輸入到 ADE7758 芯片，和前面的電流值一起，計(jì)算出用戶的功率。電壓互感器相當(dāng)于一個(gè)內(nèi)阻很小的電壓源，正常運(yùn)行時(shí)它的負(fù)載阻抗會(huì)很大，相當(dāng)于開路狀態(tài)，二次側(cè)只有很小的電流，當(dāng)二次側(cè)短路時(shí)，負(fù)載阻抗為零，將產(chǎn)生很大的短路電流，會(huì)將電壓互感器燒壞。因此，電壓互感器二次側(cè)嚴(yán)禁短路。電流互感器在正常運(yùn)行時(shí)，二次電流產(chǎn)生的磁通勢(shì)對(duì)一次電流產(chǎn)生的磁通勢(shì)起去磁作用，勵(lì)磁電流很小，鐵芯中的總磁通就很小，二次繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不會(huì)超過(guò)幾十伏。如果二次側(cè)開路，二次電流的去磁作用消失，其一次電流完全變?yōu)閯?lì)磁電流，會(huì)引起鐵芯內(nèi)磁通劇增，鐵芯處于高度飽和狀態(tài)，加之二次繞組的匝數(shù)很多，就會(huì)在二次繞組兩端產(chǎn)生很高(甚至可達(dá)數(shù)千伏)的電壓，不但可能損壞二次繞組的絕緣，再者，由于磁感應(yīng)強(qiáng)度劇增，使鐵芯損耗增大，嚴(yán)重發(fā)熱，甚至燒壞絕緣。 電路參數(shù)的計(jì)算元器件的選擇因?yàn)槲覀円獪y(cè)量的范圍是，負(fù)載電壓不超過(guò) 25V，電流不超過(guò) 2A，而單片機(jī)能夠接受的電壓小于 5V，所以我們電壓采樣時(shí)，用 和 電阻分壓的?方式，這樣就算電壓得到 25V 時(shí)，我們所采的電壓也只有 ，單片機(jī)也能正常工作，電壓采樣后經(jīng)過(guò)一個(gè)電壓跟隨器，降低輸出阻抗，電流采樣時(shí)，通過(guò)電壓間接采樣，因?yàn)槲覀兯?lián)的電阻很小，并聯(lián)一個(gè) 小電壓，然后再放大，得到送入單片機(jī)。 特殊器件介紹 ADE7758 介紹ADE7758是一款高精度的電能計(jì)量芯片，具有高準(zhǔn)確度，適用于三相/三線，三相/ 四線和其他各種三相系統(tǒng)，該芯片通過(guò)SPI數(shù)據(jù)串行接口和單片機(jī)進(jìn)行連接，模擬電源端（AVDD）= 數(shù)字電源（DVDD ） =5V177。5%,模擬地端（AGND）=數(shù)字地（ DGND） = 0 V, 使用片內(nèi)基準(zhǔn)源,CLKIN =10 MHz XTAL,溫度范圍為?40176。C至+85176。C。：圖 ADE7758 管腳圖 STC89C52 單片機(jī)介紹STC89C52 是一款高速度，高密度，低功耗的單片機(jī)，內(nèi)置 8 位中央處理單元，256 字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù) RAM,8K 片內(nèi)程序 ROM，32 個(gè)雙向 I/O 口，還包含 3個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，擁有 PDIP(40pin)和 PLCC(44pin)兩種封裝形式，本次設(shè)計(jì)中采用 40 管腳雙列直插封裝，功能強(qiáng)大，可以適用于較為復(fù)雜的工作環(huán)境， STC89C52 單片機(jī)管腳圖如圖 所示：圖 STC89C52 管腳圖 時(shí)鐘芯片介紹DS12887 為一款時(shí)鐘芯片，該器件可以提供 RTC/日歷，鬧鐘，三個(gè)可屏蔽中斷和一個(gè)可編程方波以及一個(gè) 114 字節(jié)的 RAM，此 RAM 有電池備份，不會(huì)導(dǎo)致斷電后時(shí)鐘停止的現(xiàn)象，該器件把石英晶體和電池集成在了一起，少于 31 天的月份、月末日期可自動(dòng)調(diào)整，其中包括閏年補(bǔ)償，該芯片還有一個(gè)精密的溫度補(bǔ)償電路用來(lái)監(jiān)視 VCC 的狀態(tài)，如果檢測(cè)到主電源故障可自動(dòng)轉(zhuǎn)換到備用供電，該芯片接口支持 Intel 和 Motorola 兩種模式，在本次設(shè)計(jì)中，采用的是Intel 模式，具體補(bǔ)管腳圖如圖 ：圖 DS12887 管腳圖 液晶顯示屏介紹LCD1602是一款工業(yè)字符型液晶顯示屏，能夠同時(shí)顯示32個(gè)字符，內(nèi)部帶有80*8為的內(nèi)部RAM緩沖區(qū)，可顯示阿拉伯?dāng)?shù)字，引文字母大小寫，常用符號(hào)和日文片假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，在本次設(shè)計(jì)中，可以通過(guò)LCD顯示萬(wàn)年歷，分時(shí)電價(jià)，剩余金額等數(shù)據(jù)信息，可以通過(guò)鍵盤來(lái)切換顯示。部分主要指令說(shuō)明如下： LCD1602指令碼指令碼 功能00111000 設(shè)置16*2顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口00001DCB D=1 開顯示；D=0 關(guān)顯示C=1顯示光標(biāo)；C=0 不顯示光標(biāo)
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