【導(dǎo)讀】相電能表，介紹了計(jì)量電路原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及分段計(jì)量的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。時(shí)間不均衡問題，提出復(fù)費(fèi)率分時(shí)段計(jì)量方案。ADE7758電流采樣通過電流互感器實(shí)現(xiàn)，電壓采樣通過分壓電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。采樣信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器PGAI、PGAZ和數(shù)模轉(zhuǎn)換ADC后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換為瞬時(shí)功率信號(hào)。后分離出平均功率，平均功率在能量寄存器中不斷累加。累加的能量經(jīng)數(shù)頻轉(zhuǎn)換。DFC后轉(zhuǎn)換為脈沖輸出。2分析了三相多功能工業(yè)電能表的電能計(jì)量原理。本方案主要使用各種相關(guān)芯片來實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)各部分的功能,具有功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。電能表技術(shù)正向著復(fù)費(fèi)率、多功能、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。隨著電能計(jì)量芯片的推陳出新，復(fù)費(fèi)率電能表、防竊電電能表、配置RS-485通信及紅外通信接口的電能表以及三相多功能電能表發(fā)展迅速。理利用進(jìn)入實(shí)施和操作階段。在這種背景下，電能表的功能、性能、以及可靠性。設(shè)計(jì)等都有了顯著提高與改進(jìn)，電能表技術(shù)面臨難得的發(fā)展機(jī)遇。

　　

【正文】 其中 X 元 ， Y 元 ， Z 元 。 按鍵處理與按鍵狀態(tài)檢測 系統(tǒng)配置了三個(gè)功能按鍵，與單片機(jī)的接口定義如下： K2 ， K3 ；分別用來實(shí)現(xiàn)電量參數(shù)查詢，進(jìn)行時(shí)鐘初值輸入調(diào)整等功能。按鍵掃描采用中斷方式進(jìn)行，通過 74LS08“與”門邏輯與單片機(jī)的 INT0 口連接。鍵盤掃描有三種方式，編程掃描，定時(shí)掃描和按鍵中斷掃描。本方案采用中斷掃描，以提高單片機(jī)的執(zhí)行效率。鍵盤掃描子程序流程參考圖 63 所示。 INTO、 INTl 中斷采用邊沿觸發(fā)方式，中斷標(biāo)志位由硬件清除；通過調(diào)用兩條語句“ IT0 I:ITI I；”進(jìn)行外部中斷邊沿觸發(fā)設(shè)置。如圖 54 所示，在進(jìn)入INT0 中斷后，通過調(diào)用語句“ EX0 O；”關(guān)閉 INTO 中斷使能，避免鍵盤掃描時(shí)引起再次中斷。用 C 語言編寫的源程序，定時(shí)沒有匯編語言精確；在關(guān)閉 INTO 中斷后，延時(shí) 1 秒左右；這段時(shí)間一方面用來進(jìn)行按鍵消抖處理，一方面為組合鍵輸入預(yù)留一定的時(shí)間。在延時(shí)之后，進(jìn)行按鍵的掃描，根據(jù)掃描結(jié)果進(jìn)行功能按鍵處理。若沒有檢測到按鍵按下，不予處理并返回。 圖 63 按鍵中斷子程序流 程 按鍵掃描處理。通過 P2 端口的狀卷判斷鍵盤的狀態(tài)。由于 K日、 K4 分別接入 單片機(jī)的 、 、 口，當(dāng)沒有鍵按下時(shí)， P2 P2 F2 2 為高電平 t 此時(shí)條件 P2amp。0xlc 0xlc 判斷為真。按鍵狀態(tài)檢測參考表 63 所示。 在按鍵中斷處理中，對(duì)按鍵狀態(tài)的檢測主要依據(jù)表 63 中的條件進(jìn)行。當(dāng)有鍵按下時(shí)，進(jìn)行按鍵狀態(tài)掃描并根據(jù)掃描結(jié)果，進(jìn)行功能函數(shù)的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)具體的按鍵功能。 表 63 key scanning and function configuration 按鍵狀態(tài) 下 述判斷條件為真 功能說明 無鍵按下 P2amp。0xlc 0xlc 不處理 K2 按下 P2amp。0xl0 0 amp。 P2amp。0x0c 0x0c 分時(shí)段電量顯示 K3 按下 P2amp。0x08 0 amp。 P2amp。0x14 0x14 功率分段電量顯示 K4 按下 P2amp。0x04 0 amp。 P2amp。0x18 0x18 瞬時(shí)有功、無功功率顯示 K K3 按下 P2amp。0x18 0 amp。 P2amp。0x04 0x04 進(jìn)入時(shí)鐘初值輸入調(diào)整 K K4 按下 P2amp。0x0c 0 amp。 P2amp。0x10 0x10 退出時(shí)鐘初值輸入調(diào)整 K K4 按下 P2amp。0x14 0 amp。 P2amp。0x08 0x08 異常事件記錄查詢 基于 ADE7758 的斷相、過流、過壓檢測 與斷相、過流、過壓等事件有關(guān)的 ADE7758 中斷屏蔽寄存器位設(shè)置如表 64所示。 表 64 中斷屏蔽寄存器位描述 位地址 位標(biāo)志 默認(rèn)值 功能描述 3 SAGA 0 A 相電壓掉電中斷使能 4 SAGB 0 B 相電壓掉電中斷使能 5 SAGC 0 C 相電壓掉電中斷使能 14 PKV 0 單相過壓中斷使能 15 PKI 0 單相過流中斷使能 ADE7758 計(jì)量芯片具有對(duì)外部負(fù)荷電路的斷相、過流、過壓檢測功能。 ADE7758 的中斷屏蔽寄存器為 24 位，地址 0x18。通過對(duì)該寄存器的設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)斷相、過流、過壓等中斷事件輸出使能。在 ADE7758 初始化過程中，對(duì)中斷屏蔽寄存器相應(yīng)的標(biāo)志位置 l，進(jìn)行中斷使能設(shè)置。當(dāng)有中斷事件發(fā)生時(shí)，中斷復(fù)位寄存器 地址： 0xla 中對(duì)應(yīng)的標(biāo)志位置 l，同時(shí) ADE7758 的 IRQ 輸出低電平，向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求。單片機(jī)接受請(qǐng)求后，讀取中斷復(fù)位寄存器 地址 1A 數(shù)據(jù)，通過對(duì)中斷標(biāo)志位的狀態(tài)檢測進(jìn)行中斷事件查詢，確定中斷源。舉例分析如下。在中斷屏蔽寄存器中，把 SAGA、 SAGB、 SAGC 標(biāo)志位置 1，進(jìn)行中斷使能設(shè)置；單片機(jī)檢測到中斷復(fù)位寄存器中 SAGA 標(biāo)志位為 l，則可以初步判斷 A 相電壓掉電。 與斷相事件有關(guān)的 ADE7758 寄存器初始化參數(shù)計(jì)算。 SAGLVL add： 0x1E 寄存器用來設(shè)置電壓掉電檢測閾值。系統(tǒng)上電后初值默認(rèn)設(shè)置為 0。當(dāng) ADE7758 檢測到三相中的一路電壓通道信號(hào)輸入小于該寄存器設(shè)置的閾值時(shí)，中斷復(fù)位寄存器中對(duì)應(yīng)的 SAGA、 SAGB 或 SAGC 標(biāo)志位 置 l。在 60Hz 滿刻度輸入時(shí)，該寄存器對(duì)應(yīng)的掉電檢測閾值為 0x92。也即，當(dāng)把 0x92 寫入該寄存器時(shí)，當(dāng) ADE7758 的電壓輸入小于滿刻度 時(shí)，中斷復(fù)位寄存器中相應(yīng)的標(biāo)志位置 1。當(dāng) ADE7758電壓通道峰值輸入在峰值 以下時(shí)，這種情況下認(rèn)為系統(tǒng)斷相，此時(shí)對(duì)應(yīng)于 時(shí) SAGLVL 對(duì)應(yīng)的檢測閾值計(jì)算如下，其中 INTO 為取整運(yùn)算。 總結(jié) 智能儀器儀表作為一種智能系統(tǒng)，智能型費(fèi)率電能表作為一個(gè)智能型器件十分適用于高層建筑密集的住宅區(qū)等密集用戶區(qū)的集中管理本設(shè)計(jì)方案采用低功耗器件成本較低便于集成 A/D 轉(zhuǎn)換、 D/A 轉(zhuǎn)換等基本功能部件 ,但 本論文工作對(duì)基于 ADE7758 系列單片機(jī)的數(shù)字電能表的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究具體工作可歸納如下：基于 ADE7758 進(jìn)行了電能表的完整設(shè)計(jì)，所采用的電壓電流采集電路具有特色和成本優(yōu)勢：以電能表為對(duì)象，重點(diǎn)探討了基于低功耗單片機(jī)的低功耗儀表的基本原理和設(shè)計(jì)技術(shù)，探索了利用 ADE7758 的有限硬件資源與軟件的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘、 I2C 和串行通信等接口的設(shè)計(jì)方法及電費(fèi)的計(jì)算。 本課題設(shè)計(jì)的多費(fèi)率電表從用戶的需求、電表的性能、價(jià)格等各個(gè)方面考慮，比較適合市場需求，但由于時(shí)間關(guān)系通訊部分 的軟件只提出了設(shè)想，總體上還是比較成功的。 致 謝 參考文獻(xiàn) [1]羅恂，丁慶生?；?RFID 的預(yù)付費(fèi)電能表的研制。單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。 [2]溫如春，吳銀風(fēng)。預(yù)付費(fèi)復(fù)費(fèi)率智能電能表設(shè)計(jì)。 [3]李建斌，張順。全電子式預(yù)付費(fèi)磁卡電能表的應(yīng)用及其效益分析。 [4]周文舉?；趩纹瑱C(jī)紅外無限通信的抄表系統(tǒng)。 [5]程妮，胡漢梅。基于低壓電力載波單相電子式電能表的設(shè)計(jì)。 [6]李楠，屈百達(dá)?；陔娏€載波與 GPRS 相結(jié)合的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。 [7]楊瑞霞?；?GPRS 電力無線抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 [9]黃 聚永，袁慧梅等?；?ADE7758 芯片的 GPRS 網(wǎng)絡(luò)電量表的設(shè)計(jì)。 [10]張欣，李愛軍，單鵬。 RS 一 485 電路的匹配和保護(hù)性設(shè)計(jì)研究。 [11]陳鐵軍，謝春萍。 PC 機(jī)與 RS485 總線多機(jī)串行通信的軟硬件設(shè)計(jì)。 [12]杜佳，賀少華，陳硯圃。高精度三相電量計(jì)量芯片的比較。 [13]蔡澤彬，鄧?yán)凇；?ADE7758 三相多功能電能表的設(shè)計(jì)。 [14]葉寧，陳偉華等?；?ADE7758 專用芯片的多功能電量測量表。 [15]王威?；?ADE7758 和 MCU 的多相多功能電量測量表。 [16]潘亮，鐘建強(qiáng)，李海斌。智 能型復(fù)費(fèi)率電量計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 [17]李大鵬，王祁。三相復(fù)費(fèi)率網(wǎng)絡(luò)化智能電能表的研制。 [18]黃焱，李定柏。電流傳感器變比的合理選擇。 [19]黎洪生，張虎。基于 ARM 技術(shù)的三相數(shù)字電能表設(shè)計(jì)。 [20]陳樹廣，武俊勝。 RS485 總線在智能抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用研究。 [21]應(yīng)懷樵，沈松，劉進(jìn)明。頻率混疊在時(shí)域和頻域現(xiàn)象中的研究。 [22]能昌會(huì)。時(shí)鐘芯片 DSl302 在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用。 [23]李西平。電工電子技術(shù)。 [24]趙晶。電路設(shè)計(jì)與制版 Protel 99 高級(jí)應(yīng)用。 [25].Katsuhiko Ogata． Moden Control Engineering． Publishing house of electronics industry， 2020： 1 96― 202 26].Kes tam. An electronic water meter design using MSP430F41x， Texas Instruments Incorporated， 2020,6 原理圖 摘 要 ABSTRACT 目 錄 緒 論 1 電能表技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 方案的對(duì)比與選擇 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與設(shè)計(jì)要求 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)及介紹 系統(tǒng)硬件調(diào)試與功能函數(shù)定義 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 參考文獻(xiàn) 附錄 A0 1 A1 2 A2 3 GND 4 WP 7 SCL 6 SDA 5 VCC 8 U AT24c02 WR VCC GND 顯示輔助漢字 上電復(fù)位 顯示總電量 配置 IN/0 口 計(jì)量、通信和掉電保護(hù) 配置定時(shí)器 中斷程序 初始化 ADE7758 復(fù)位看門狗 循環(huán)模式 初始化操作 flag3 flag4 返回 flag3 瞬時(shí)有功功率計(jì)算 小負(fù)荷計(jì)量量畢？ 0 flag3 N 1 flag3 Y 開始 瞬時(shí)有功功率計(jì)算 結(jié)束 T0 中斷服務(wù)入口 總的有功電量計(jì)算 脈沖數(shù) CT3+1 E3+ CT3 0 返回 小負(fù)荷電量？ 脈沖數(shù) CT4+1 CT4 20？畢？ E4+ Y CT4 0 Y CT3 20？畢？ Y N N N INT0 中斷入口 關(guān)閉 INT0 中斷 延時(shí) 1 秒左右 鍵盤掃描 保存鍵值并等待 按鍵釋放 功能按鍵處理 開 INT0 中斷 返回 Y N 有鍵按下？