【文章內(nèi)容簡介】 會產(chǎn)生一定得誤差。 讀數(shù)百分比誤差與頻率關系在本設計中，選用片內(nèi)基準源，電流通道增益選擇1。在不同的溫度下，： 讀數(shù)的百分比誤差（G=1）4 插座式節(jié)能智能電表硬件電路設計硬件電路是任何一套設備的基礎，穩(wěn)定的、合理布局的電路能使系統(tǒng)工作的更穩(wěn)定。本設計的硬件電路包括電源穩(wěn)壓電路、電能計量電路、LCD顯示電路、實時時鐘電路、外擴EEPROM電路和44鍵盤輸入電路、繼電器定時保護電路。 電能計量電路220V交流電經(jīng)過變壓器T1降壓后產(chǎn)生12V的交流電壓，經(jīng)整流橋全波整流后輸出11V左右的直流電壓，此后經(jīng)過電容CC8濾波，將直流電壓傳給LM2940CT，經(jīng)過LM2940CT的穩(wěn)壓，輸出+5V的直流電壓供電能計量芯片使用。電能計量芯片通過電壓互感器T3獲取電壓信號，通過電流互感器T2獲取電流信號。，內(nèi)部的參考電壓。在本設計中，能檢測的最大電流I為40A，通道1的最大差動信號為177。470mV，通道2的最大差動信號為177。660mV。在半滿度輸入時。 電能計量芯片外圍電路連接圖 LCD顯示電路JCM12864M可以進行并行、串行通信選擇，本設計選用并行通信。MCU的B口和LCD的8位數(shù)據(jù)端相連，PSB（并/串行通信選擇端）直接接高電平，選用并行通信，由D3口控制使能信號端，D2口控制讀寫選擇信號，D1控制指令/數(shù)據(jù)選擇信號。 MCU與LCD連接電路圖 實時時鐘電路DS1302通過外接晶振提供時鐘，并使用雙電源配置。當系統(tǒng)上電時，DS1302直接使用+5V電源，當總系統(tǒng)斷電時，DS1302自動調(diào)節(jié)使用備用電源。MCU通過DDD5與DS1302相連，進行控制和數(shù)據(jù)的傳送。在首次對DS1302的時間進行寫數(shù)據(jù)操作后，制高寫保護位，以后若需要時間量則可直接對DS1302進行讀取。 DS1302外圍電路 DS1302連線實物圖 外擴EEPROM電路AT24C02B與MCU采用IIC通信，MCU對AT24C02B的讀寫操作在傳輸開始信號結(jié)束后要求一個8 位的EEPROM地址，AT24C02B的地址前四位是固定的（1010），在本設計中，AAA0選擇0，直接接地，最后一位決定讀或?qū)懖僮鳎ǎ?。AT24C02B提供了硬件數(shù)據(jù)保護功能，在本設計中直接把WP端接地，不進行硬件保護操作。 EEPROM設備地址1010A2A1A0R/W AT24C02B與MCU連接電路圖 5 插座式智能電表軟件設計本設計的軟件部分由四部分組成：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理[8]。MCU把 ADE7755的CF引腳傳過來的高頻脈沖進行周期計數(shù)，把每個周期計數(shù)的數(shù)據(jù)存儲到存儲器里，同時對數(shù)據(jù)進行串行更新，至少使存儲器保留1個月的用電數(shù)據(jù)，當要顯示一月中的某一天或某一天的某一時間段的用電記錄時，通過按鍵輸入相關信息，微處理器立即從存儲器里取出相關數(shù)據(jù)并進行累加，并將結(jié)果傳給LCD顯示出來。而在平時LCD只顯示總的電能使用累加數(shù)值。本設計同時設計了實時時鐘電路，可以為系統(tǒng)提供精確地年、月、日、時、分、秒等時間量，在應用時，存儲電量的同時，也存儲時間量，且將實時時間在LCD上顯示出來。且在微處理器外圍擴展了定時拉閘控制電路，當想要用電設備通電一段時間后自動斷電，則可通過定時拉閘控制電路，由微處理器計算時間并發(fā)出指令斷開用電設備電路。 電能計量程序系統(tǒng)時鐘設定為32MHz，總線頻率為16MHz，定時器1進行64分頻。ADE7755在采集完電流和電壓參數(shù)后，會對數(shù)據(jù)進行A/D轉(zhuǎn)換、濾波，然后通過功率—頻率轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)以頻率的形式從CF管腳輸出。在本設計中 ，通過硬件配置設定3200個脈沖為1W的電能，因此MCU的TPM1CH0在一個計數(shù)周期內(nèi)測得的脈沖數(shù)除以3200就是這一周期內(nèi)負載消耗的電量ΔP，MCU通過內(nèi)部累加計算出電量P，并傳給LCD顯示，同時傳給外擴EEPROM存儲，以備將來查詢。 電能計量軟件流程圖 LCD顯示程序MCU與JCM12864M通過并行通信進行數(shù)據(jù)的讀寫，在JCM12864M上電后進行初始化。在本設計中，設定顯示狀態(tài)為整體顯示,工作模式為8位基本指令集，游標移動的方向為向右。在每次向JCM12864M寫地址或數(shù)據(jù)時，先讀取JCM12864M的狀態(tài)，查看其是否忙碌，若忙碌則等待，若空閑則進行讀寫操作。，（a）、（b）所示。 JCM12864M軟件工作流程圖（a） MCU從JCM12864M讀出資料時序圖（b） MCU向JCM12864M寫入資料時序圖： LCD顯示軟件模塊中自定義的函數(shù)函數(shù)名功能描述void Lcd_Init(void)LCD初始化void ICGC_Init()時鐘初始化void Lcd_CheckBusy(void)LCD是否忙碌檢測函數(shù)void Lcd_set_mand(unsigned char mand)向LCD寫命令函數(shù)void Lcd_set_date(unsigned char date)向LCD寫數(shù)據(jù)函數(shù)void Lcd_set_xy(unsigned char x,unsigned char y)計算寫入的地址函數(shù)void Lcd_set_string(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *s)向LCD寫字符函數(shù) 外部數(shù)據(jù)存儲器程序MCU與AT24C02B通過IIC總線進行讀寫操作，在本設計中，設定MULT=01(即MUL=02),ICR=0x0B(即分頻系數(shù)=160)，波特率=16MHz/（2*160）=50kbps。MCU的IIC模塊有主設備和從設備兩種模式和發(fā)送與停止兩種狀態(tài)，且通信時需先檢查外擴存儲器的狀態(tài)，只有在外擴存儲器空閑時才能進行讀寫操作。、： MCU向EEPROM寫數(shù)據(jù)流程圖 MCU從EEPROM接收數(shù)據(jù)流程圖： IIC軟件模塊中自定義的函數(shù)函數(shù)名功能描述void IICDelay(void)IIC延時unsigned char ReadEEPROM (unsigned int cAddr)IIC讀取EEPROMvoid WriteEEPROM (unsigned int cAddr,unsigned char cData)IIC寫EEPROMvoid IICInit()IIC初始化 實時時鐘程序MCU通過三個普通I/O口與DS1302的控制管腳相連，三個I/O口配合使用操作DS1302，其中D7口產(chǎn)生同步時鐘，D6口傳送或接收數(shù)據(jù)，D5口復位DS1302。在DS1302上電后，先在時鐘/日歷突發(fā)模式下連續(xù)寫入8字節(jié)的初始量，然后寫保護位制置高，每次需要時間量時只需讀取就行了。每次讀取時間量時要先寫入相應得寄存器地址，延時一段時間，等數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)穩(wěn)定了才能讀取數(shù)據(jù)。 MCU與DS1302通信流程圖： 實時時鐘軟件模塊中自定義的函數(shù)函數(shù)名功能描述void DS1302_Delay(unsigned char i)時鐘延時函數(shù)void DS1302_write_byte(unsigned char DSData)向時鐘寫命令、數(shù)據(jù)函數(shù)unsigned char ReadByte(void)從DS1302讀數(shù)據(jù)函數(shù)unsigned char ReadDS1302(unsigned char daddr)從DS1302讀數(shù)據(jù)函數(shù)void writemultbyte(unsigned char *pstr)在時鐘/日歷突發(fā)模式下寫字符函數(shù)unsigned char BCDchange(unsigned char ma)把16進制數(shù)轉(zhuǎn)為十進制BCD碼函數(shù)void WriteDS1302(unsigned char daddr,unsigned char ddata) 向DS1302寫字符函數(shù)6 插座式智能電表方案設計展示和展望在了解了畢業(yè)設計課題的相關內(nèi)容和要求后，我查閱了大量的關于電表方面的資料，確定了插座式智能電表的具體功能，同時制定了軟硬件的總體框架，經(jīng)過三個多月的制作和調(diào)試，終于完成。所做的主要工作：畢業(yè)設計課題的了解和開題報告的形成；電能計量芯片的選型；主要器件的選擇；硬件電路的設計；編寫程序及調(diào)試。 硬件實物展示插座繼電器ADE7755 在確定了方案整體結(jié)構(gòu)后，先萬用板上確定了硬件各個模塊的位置。首先我固定了微控制器最小系統(tǒng)和LCD顯示的位置，并調(diào)試通信成功，然后鍵盤、實時時鐘（RTC）、外擴存儲器、電能計量、繼電器等各個模塊分別調(diào)試，并使程序彼此獨立。在所有的各個模塊都能正常、穩(wěn)定工作后，通過軟件糅合，使彼融合為一個整體，協(xié)調(diào)工作。JCM12864MMC9S08AC60MCU最小系統(tǒng)板44鍵盤盤 整體實物圖，電能計量部分放在了萬用板的最下面，這有效避免了高壓電流對數(shù)字電路部分可能產(chǎn)生的干擾。在整個裝置中，只有電能計量部分的輸入部分是模擬信號，因此在本設計中采用了兩路電源供電的思路，其中一路電源單獨對電能計量芯片供電，這有效保證了裝置的穩(wěn)定性。根據(jù)國家電網(wǎng)規(guī)定，整個電表裝置的實際功率不能大于2W，因此該裝置在設計時，盡可能的考慮了節(jié)能。在本設計中，消耗電能最大的是LCD顯示，因此在設計時盡可能的降低了LCD的背光電壓，且在不查看用電設備的相關信息量時可以將LCD關閉。在設計電能計量方案時，首先考慮的是成本較低、電路較復雜且可以自己搭建的基于電阻網(wǎng)絡的信號提取法。電壓信號的提取采用電阻分壓網(wǎng)絡，電流信號的提取采用低阻值、溫度系數(shù)小的錳銅電阻，這種方法便于電表的校正，但在實際的硬件電路容易引入外界的干擾，使電表在運行時難以保證精度。因此最后改用了電壓、電流互感器信號采取法。 基于電阻網(wǎng)絡的信號提取法實物圖電表在矯正時，用標準電表先測量本方案設計的電表的功率，然后再用這兩個電表同時測量同一負載工作時的用電量，然后根據(jù)標準電表的示數(shù)對本方案設計的電表進行矯正和標定。 插座式智能電表展望本設計雖已初步的達到了課題的要求，但還是有很大改進的空間。首先電表功能較單一，智能化程度較低；其次只能通過LCD顯示部分相關信息，信息的存儲期限較短，且整體布局不是很合理。若插座式電表結(jié)合無線通信和計算機，則電表的功能將大大加強。通過計算機的上位機界面操作和直接讀取用電信息，并可長時間的存儲，以便進行連續(xù)的數(shù)據(jù)分析，為科學、合理地使用和維護電器設備、節(jié)約用電提供有效幫助。通過無線通信還可以實現(xiàn)用電設備的智能控制，通過遠程控制電表的通斷來間接控制用電設備。總 結(jié)電能表作為電能計量的專用儀表,在電能管理儀器儀表中占有很大比例,其性能直接影響著電能管理的效率和科技水平。本課題設計的插座式節(jié)能智能電表為負載電器設備提供接插用電的同時，也實時捕獲電器設備的各項參數(shù)，能方便地監(jiān)測電器設備的工作狀況。經(jīng)過幾個月的努力，完成了課題的要求，達到了預期的目標 。本次畢業(yè)設計主要做以下幾個方面的工作：（1）熟悉MC9S08AW60的硬件內(nèi)部資源，掌握IIC通信、串行通信、并行通信、定時器、系統(tǒng)時鐘等模塊工作原理。（2）設計方案的整體硬件電路。硬件電路包括控制器最小系統(tǒng)電路