【正文】 在畢業(yè)之際，將自己在這四年中所學(xué)的知識得到運(yùn)用，做到了學(xué)以致用。 以上五章的組合就是我本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，雖然只是勉強(qiáng)完成任務(wù)但我還是很開心，因?yàn)樵谶@當(dāng)中我學(xué)到了很多新知識，綜合運(yùn)用了學(xué)過的老知識。并從硬件所需實(shí)現(xiàn)功能入手，完成了軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，主程序流程圖，這樣將問題解決了。計(jì)量部分采用美國 CIRRUS LOGIC 公司生產(chǎn)的有功電能計(jì)量芯片 ADE7755，它是電能表的核心部分；管理部分采用 89LPC931 單片機(jī)，這部分是電能表的最復(fù)雜最關(guān)鍵所在，因?yàn)樗B 接的外設(shè)多，任務(wù)多，如實(shí)時(shí)時(shí)鐘、存儲器、溫度檢測、掉 多功能單相電子式電能表 28 電等。 第二章，對電能表的發(fā)展史，功能及分類作了簡單的介紹，讓讀者對電能表有個(gè)基本的了解，知道它是如何產(chǎn)生的及它的發(fā)展情況，它有什么用途，了解電能表這個(gè)大家族的各個(gè)成員，增長知識，在沒有接觸這個(gè)課題前我對電能表只有一個(gè)概念：計(jì)量電量的小盒子。本次設(shè)計(jì)是在韓念杭老師的指導(dǎo)下完成的。并根據(jù)這個(gè)完整的原理圖用特殊的軟件將它翻譯成印制電路板圖。 在通訊處理模塊算法中，它包含通訊接收幀事件和通訊發(fā)送幀事件，當(dāng)程序查詢到通訊接收幀完標(biāo)志位置時(shí)，通訊接收幀事件發(fā)生，程序進(jìn)行通訊格式的判斷，如果通訊幀格式正確，再進(jìn)行通訊地址的比較，如果通訊幀中的地址域時(shí)本機(jī)的地址或廣播地址，表示是對本機(jī)通訊，則程序進(jìn)行通訊命令的解釋及執(zhí)行，同時(shí)如果要 返回?cái)?shù)據(jù)幀，置通訊發(fā)送標(biāo)志，準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)幀，則通訊發(fā)送數(shù)據(jù)幀事件發(fā)生，啟動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)幀。整個(gè)程序我是采用查詢方式執(zhí)行的，通過查詢電表事件發(fā)生的條件，判斷電能表事件是否發(fā)生，來執(zhí)行相應(yīng)的操作。當(dāng)電量脈沖累計(jì)一定值時(shí)，電量小數(shù)加 1 事件發(fā)生；當(dāng)電量小數(shù)累計(jì)到一定值時(shí)，電量整數(shù)加 1 事件發(fā)生，執(zhí)行電量整數(shù)累計(jì)程序。通訊通道為 RS— 485。是通過對當(dāng)前時(shí)鐘的比較，對有關(guān)時(shí)鐘時(shí)間是否發(fā)生進(jìn)行判斷，程序?qū)r(shí)鐘事件進(jìn)行處理，可以說時(shí)鐘是這個(gè)程序模塊的節(jié)奏，告訴程序什么時(shí)候發(fā)生什么事。 程序初始化 內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) EEPROM 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) MCU 初始化 電能表部件初始化 指示燈初始化 LCD 初始化 實(shí)時(shí)時(shí)鐘初始化 電量恢復(fù) 通訊通道 歷史電量處理 配置 I/0 口工作模式 看門狗初始化 定時(shí)器初始化 鍵盤中斷初始化 串口初始化 比較器中斷初始化 多功能單相電子式電能表 23 由上圖可見，程序初始化模塊包括 MCU初始化和電能表部件初始化兩部分，是對整個(gè)程序進(jìn)行初始化。 控制算法的好壞直接決定著整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的正確性、可靠性， 所以在進(jìn)行電能表軟件設(shè)計(jì)時(shí)，我花費(fèi)了不少時(shí)間但由于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的薄弱，可能不夠完整完善，希望老師諒解、指正！ 電能表的軟件系統(tǒng)有五大部分組成，包括程序初始化模塊、程序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模塊、時(shí)鐘及顯示處理模塊、通訊處理模塊和電量處理模塊。 以上是電能表硬件各部分獨(dú)立的電路原理圖。 掉電檢測電路是一個(gè) R4 R44 組成的分壓電路， C23 用來濾波，提高抗干擾性。這種存儲器的數(shù)據(jù)寫入是通過提高電壓來完成的，其存儲器內(nèi)部有電壓泵起著泵高電壓的作用。具有定時(shí)功能和鬧鐘功能。 JP2 接口是要進(jìn)行瞬變脈沖和靜電干擾的。 RS— 485通訊接口距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、半雙工通信以及可以實(shí)現(xiàn)總線方式傳送數(shù)據(jù)，非常簡單實(shí)用，在電能表通信中得到了廣泛的使用。 AVDD 和 DVDD 兩路電源為模擬和邏輯直流正 5V。電能脈沖輸出為 CF（腳 22），經(jīng)過光耦輸出： PULSE 電能脈沖，將引入單片機(jī)的輸入端，進(jìn)行電能脈 沖累計(jì)。使電能表精度提高。 P(t)=u(t)*i(t) W(t)=∫ p(t)= ∫ u(t)*i(t) 這個(gè)部分主要包括電壓拾取 電路設(shè)計(jì)、電流拾取電路設(shè)計(jì)以及其他部分電路的設(shè)計(jì)。它是為單相兩線制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，用來生產(chǎn)低成本、高精度單相電能表。然后通過并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路 LM317，同時(shí)調(diào)整 R R2 的比值，以得到所需的電壓值 — 。不能以馬馬虎虎的態(tài)度去解決。 在通訊電路中，在通訊發(fā)生時(shí) MCU要接受通訊幀，判斷是否正確，并執(zhí)行通訊命令。 其中核心部分是計(jì)量電路的設(shè)計(jì)，這也是電子式電能表計(jì)量功能的體現(xiàn)，它是電能表計(jì)量準(zhǔn)確性的關(guān)鍵部分，但其他部分也是缺一不可的，他們相輔相成，特別是單片機(jī)控制器，它是電能表的靈魂，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中各個(gè)部件協(xié)調(diào)控制。目前單相表選用全電子式電能表已經(jīng)很普遍。 六．按結(jié)構(gòu)原理分，可分為感應(yīng)式電能表、全電子式電能表、機(jī)電一體化電能表。 三．按電壓等級分可分為高壓表（額定線電壓為 100V）和低壓表（額定相電壓統(tǒng)一為 220V）兩種。 無功不是用戶消耗的電能而是用戶曾經(jīng)存儲起來的電能，這部分電能會與電網(wǎng)進(jìn)行能量交換。 電子式電能表的分類 一．電能表按所測電能種類分，可分為有功電能表、無功電能表、直流電能表三種。國外有計(jì)量視在最大需量的需求。 其計(jì)量方法為：每個(gè)滑差步進(jìn)時(shí)間到時(shí)，計(jì)算截止到當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)需量周期的平均功率，并且與最大值進(jìn)行比較。 4． 管理功能 電子式電能表的管理功能包括按時(shí)段費(fèi)率進(jìn)行計(jì)費(fèi)、預(yù)付費(fèi)提示、為抄表提供必要信息數(shù)據(jù)、可參與組 網(wǎng)進(jìn)入電能管理系統(tǒng)等。實(shí)時(shí)計(jì)量包含測量并顯示工頻電能的所有參數(shù)。 （ 5）外部設(shè)備：包括接口部分、外殼等。一般有數(shù)碼管 LED、液晶顯示器 LCD 以及機(jī)械計(jì)度器三種方式。它是電子式電能表的心臟，一般由模 擬乘法器、數(shù)字乘法器或 A/D 模擬數(shù)轉(zhuǎn)換加高速微處理器構(gòu)成。 在 20 世紀(jì) 90 年代，電子技術(shù)發(fā)展迅速，電子式電能表也取得了飛躍的發(fā)展，無論是高檔、高精度三相表，還是低檔、低精度 單相表都有大量的、性能優(yōu)越的電子式電能表產(chǎn)品。由于內(nèi)部沒有可以轉(zhuǎn)動(dòng)部分也成為靜止式電能表。 電子式電能表是新一代電能表，在近幾年得到了用戶的普遍認(rèn)可和接受，使用逐漸廣泛起來。 目前廣泛使用的電能計(jì)量裝置包括：計(jì)量用電流電壓互感器、電能表、互感器與電能表之間的二次回路、電能計(jì)量箱、電能計(jì)量集抄設(shè)備等。 電能計(jì)量裝置 電能計(jì)量是由電能計(jì)量裝置來確定電能量值的一組操作，是為實(shí)現(xiàn)電能量單位及其量值準(zhǔn)確、可靠的一系列活動(dòng)。電力的生產(chǎn)和其他產(chǎn)品的生產(chǎn)不同，其特點(diǎn)是發(fā)電廠發(fā)電、供電部門供電、用戶用電這三個(gè)部門是連成一個(gè)系統(tǒng)，不能間斷地同時(shí)完成，而且是互相緊密聯(lián)系缺一不可，它們互相如何銷售，如何經(jīng)濟(jì)計(jì)算，那就需要一個(gè)計(jì)量器具在三個(gè)部門之間進(jìn)行測量計(jì)算出電能的數(shù)量，這個(gè)裝置就是電能計(jì)量裝置。 100 多年來，隨著電力系 統(tǒng)、所有以電能為動(dòng)力的產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及電能管理系統(tǒng)的不斷完善，電能表的結(jié)構(gòu)和性能也經(jīng)歷了不斷更新、優(yōu)化的發(fā)展過程。電力工業(yè)的發(fā)展需要電能計(jì)量儀表制造業(yè)的進(jìn)步與之相適應(yīng)，發(fā)電、輸電、配電與用電均需要準(zhǔn)確的計(jì)量電能。 多功能單相電子式電能表 1 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 作 者： 學(xué) 號： 系 部：電力系 專 業(yè)：電網(wǎng)監(jiān)控 題 目：多功能單相電子式電能表 指導(dǎo)者： （教授） 評閱者： 2020 年 6 月 多功能單相電子式電能表 2 電 子 式 電 能 表 摘要 ：電能是國民經(jīng)濟(jì)、工業(yè)、商業(yè)、等人民生活的重要二次能源，電能在現(xiàn)代社會中是普遍使用的，所以電能計(jì)量裝置在發(fā)、供、用電的地位是十分重要的。在世界資源匱乏的今天，電能的節(jié)約與有效利用均具有十分重要的意義。 本設(shè)計(jì)的單相電子電能表具有用電計(jì)量、監(jiān)視、控制、管理四大功能，由于內(nèi)部無機(jī)械摩擦而準(zhǔn)確度高，靈敏度高，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測量，用 RS—— 485 可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方通信 。 在電力市場的整體運(yùn)作中，電能計(jì)量裝置的讀數(shù)作為電力產(chǎn)品貿(mào)易結(jié)算的依據(jù)，已經(jīng)越來越受到貿(mào)易雙方的重視，是貿(mào)易雙方經(jīng)濟(jì)核算的重要指標(biāo)。 電能計(jì)量原理 框圖如圖所示。 第二章 電子式電能表 電子式電能表的發(fā)展史 世界上最早的電能表是愛迪生于 1880 年利用電解原理發(fā)明的直流電能表，交流電的出現(xiàn)和被利用，對電能計(jì)量儀表提出了新的要求。隨著電子技術(shù)的發(fā)展和用戶用電管理水平要求的不斷提高，電子式電能表得到了迅猛的發(fā)展，成為電能計(jì)量不可缺少的重要組成部分。 電子式電能表誕生在 20 世紀(jì) 40 年代，由歐洲的公司制造。電子式電能表在技術(shù)上從模擬乘法器到數(shù)字乘法器，性能越來越好，而價(jià)格越來越低，大規(guī)模