【正文】 線 ｈ . 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ｉ . 6 個(gè)中斷源 ｊ . 可編程串行 UART 通道 ｋ . 低功耗空閑和掉電模式 3）功能特性概述： AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4 K字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器， 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 根I/O 口線，兩三個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路?；谝陨戏治霰驹O(shè)計(jì)系統(tǒng)采用 ATEML 公司的 AT89C51 實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。 3 硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇及外圍電路設(shè)計(jì) (1) 單片機(jī)的選擇 PIC 系列單片機(jī)是 Microchip 公司生產(chǎn)的 16 位單片機(jī)，集成了 CCP 捕捉， PWM 脈寬調(diào)制等功能，但是它單價(jià)較貴，又是精簡(jiǎn)指令集，給編程帶來不便。當(dāng)手動(dòng)鍵按下時(shí)，清零定時(shí)器 T1 及 △ti 計(jì)時(shí)單元，開始 W2 的累加，當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過 N 轉(zhuǎn)時(shí)再次按下該鍵，則通過單片機(jī)計(jì)算出的 r 值送到 LCD 顯示。 鍵盤部分具有手動(dòng)測(cè)量功能和自動(dòng)測(cè)量功能。 W2 = ∑△W2i （ 22） 顯示部分主要用于顯示電能表的相對(duì)誤差，從誤差的精度判斷電能表是否正常工作。 W1 = N H/B （ 21） 實(shí)時(shí)檢測(cè)部分的主要作用是利用圖 中設(shè)計(jì)的單元電路對(duì)電參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，從而得到實(shí)際的有功功率。當(dāng)光發(fā)射管發(fā)射的光經(jīng)聚焦后照射 到轉(zhuǎn)盤上，在未被涂黑的區(qū)域，反射到光敏接受管，經(jīng)整形后輸出低電平；在涂黑的區(qū)域沒有反射光，光電采樣器輸出高電平。光電采樣器是由光發(fā)射管、光敏接受管及整形電路組成。 總體方案 根據(jù)上述方案論證，系統(tǒng)總體方案方框圖 如圖 。 LCD符合本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的要求，利用其自帶的字符庫，進(jìn)行編程還可以實(shí)現(xiàn)各信息的顯示，即節(jié)省資源又省去了大量編程任務(wù)，且在強(qiáng)光照射下的戶外進(jìn)行檢測(cè)時(shí)， LCD 可清晰地顯示數(shù)值。 方案二：使用液晶顯示屏顯示各種信息。 傳統(tǒng)的數(shù)碼管具有：低功耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老化、防曬、防潮、防火、防高（低）溫，對(duì)外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)，同時(shí)其精度要求比較高，稱量快，精確可靠，操作簡(jiǎn)單。 根據(jù)上述分析，確定采用方案 一 ，有功功率測(cè)量通道由 既是專用電能計(jì)量芯片 。 方案二： 采用真有效值轉(zhuǎn)換電路，分別測(cè)量出電壓、電流和功率因數(shù)，利用微處理器計(jì)算出功率。 專用電能計(jì)量芯片 ，直接測(cè)量出有功功 率。因要測(cè)量電壓和電流，故需要一只電壓互感器和一只電流互感器。但鉗形電流互感器的接觸面存在空氣間隙，使互感器磁路的磁阻顯著增大，且隨工況不同呈現(xiàn)非線形，使互感器的線形變差，且相移較大，給功率因數(shù)的測(cè)量帶來影響。 方案二：電壓互感器采用固定式，接線端使用線夾，電流互感器采用鉗形互感器，現(xiàn)場(chǎng)不用接線。固定式互感器中磁路是封閉的，因而具有較好的線形和較小的相移，可以得到較高的精度。 互 感 器有 功 功 率測(cè) 量 通 道單 片 機(jī)顯 示 器鍵 盤光 電 采 樣 器 圖 系統(tǒng)組成圖 利用互感器將供電電路的電壓、電流轉(zhuǎn)換為弱電信號(hào)，計(jì)算機(jī)通過有功功率測(cè)量通道對(duì)電參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并計(jì)算出電能，通過光電采樣器對(duì)被測(cè)電能表進(jìn)行采樣，從而計(jì)算出被測(cè)電能表的相對(duì)誤差。 方案論證 按照上述技術(shù)要求，系統(tǒng)應(yīng)由互感器、有功功率測(cè)量通道、光電采樣器、單片機(jī)、顯示器和鍵盤幾部分組成。具體要求如下： (1).電量測(cè)量范 圍：電壓 220VAC，電流 0~40A，單相； (2).檢驗(yàn)對(duì)象：?jiǎn)蜗嚯娔鼙恚? (3).測(cè)量誤差： 177。采用有功功率專用測(cè)量集成電路即 專用電能計(jì)量芯片 ，直接測(cè)量出有功功率，測(cè)量方便，軟件開銷小，硬件電路簡(jiǎn)單 。二是采用有功功率專用測(cè)量集成電路，直接測(cè)量出有功功率。但鉗形電流互感器的接觸面存在空氣間隙，使互感器磁路的磁阻顯著增大，且隨工況不同呈現(xiàn)非線形，使互感器的線形變差，且相移較大，給功率因數(shù)的測(cè)量帶來影響 ，為了彌補(bǔ)這一缺陷，對(duì)結(jié)果采用分段線性化處理，可以提高測(cè)量精度 。電壓互感器采用固定式，接線端使用線夾，電流互感器采用鉗形互感器，現(xiàn)場(chǎng)不用接線。固定式互感器中磁路是封閉的，因而具有較好的線形和較小的相移，可以得到較高的精度。 在互感器的選擇上，一是在供電電路中接入固定式的電壓互感器和電流互感器。 研究現(xiàn)狀 電能表的校驗(yàn)是否準(zhǔn)確，取決于有功功率的測(cè)量是否準(zhǔn)確，有功功率的測(cè)量屬于電氣測(cè)量范疇，在電氣測(cè)量方面，國內(nèi)外已有大量的研究成果，就測(cè)量方法和采用的技術(shù)手段綜述如下。這種方法分為兩種形式，一種方法是將電能表從供電線路上拆下，利用實(shí)驗(yàn)室的電能表校驗(yàn)臺(tái)對(duì)電能表進(jìn)行校驗(yàn)，另一種方 法是不拆下電能表，利用電能表現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀器對(duì)電能表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)。 (3) 在被測(cè)電能表電路中接入標(biāo)準(zhǔn)電能表，然后對(duì)被測(cè)表和標(biāo)準(zhǔn)表同時(shí)采樣進(jìn)行比對(duì)。該系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)分機(jī)和主機(jī)兩部分組成，當(dāng)發(fā)生某種竊電現(xiàn)象或者計(jì)量裝置遭到破 壞偷盜時(shí)，分機(jī)將發(fā)出包含有本計(jì)量箱編號(hào)，竊電方式及盜竊破壞方式等信息的無線信號(hào)，主機(jī)收到后經(jīng)過識(shí)別、處理發(fā)出聲光報(bào)警。 3)核對(duì)電能表銘牌上的型號(hào)、出廠編號(hào)及所計(jì)量負(fù)荷性質(zhì)等是否與抄表卡相同，若不符即有竊電行為。 (2) 通過檢驗(yàn)電能表的外觀，確定電能表有無破壞痕跡。用秒表實(shí)測(cè)電能表每轉(zhuǎn)時(shí)間 T1；查看電能表銘牌上標(biāo)明的常數(shù)，算出電能表每轉(zhuǎn) 1轉(zhuǎn)所需電能，然后用鉗形電流表測(cè)量電流求出有功負(fù)荷 P，電能表每轉(zhuǎn) 1轉(zhuǎn)所需電能與有功負(fù)荷之比得到的時(shí)間即為電能表每轉(zhuǎn)所需時(shí)間 T2。部分電力用戶為了多用電少交電費(fèi)，采取各種方法竊電，其主要方法是通過調(diào)慢電能表，使電能表顯示的用電量比實(shí)際的用電量少，給國家造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。 Lowvoltage Watthour meter。 本文內(nèi)容涉及微控制器、電氣 測(cè)量技術(shù)等多項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)，具有一定的應(yīng)用價(jià)值與實(shí)際意義。 現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的特點(diǎn)是不停電接線， 對(duì)于電流檢測(cè)需采用鉗形電流互感器，而鉗形電流互感器的開口接觸面存在空氣間隙，使互感器的線形變差并存在較大的相移，且一致性較差。 本文的主要研究?jī)?nèi)容是針對(duì) 低壓?jiǎn)蜗嚯娔鼙淼默F(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)， 實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)要求的檢測(cè)功 能和技術(shù)指標(biāo)。本文針對(duì)檢測(cè)儀的技術(shù)要求，闡述了系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)， 分析了影響測(cè)量精度的主要原因及解決方法。采取的技術(shù)方案是以微控制器為核心，利 用微型電壓互感器和鉗形電流互感器分別 將單項(xiàng)供電電壓和電流變換 為弱電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)供電電路的電壓和電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，同時(shí)通過電能計(jì)量芯片測(cè)量實(shí)際的有功功率，充分利用微控制器較強(qiáng)的運(yùn)算功能，計(jì)算出一定時(shí)間內(nèi)消耗的電能，同時(shí)利用光電采樣器對(duì)被測(cè)表的計(jì)量的電能進(jìn)行檢測(cè)，從而計(jì)算出被測(cè)電能表的誤差。采用分段線性化處理，可以提高測(cè)量的精度。 關(guān)鍵詞： 微控制器；低壓?jiǎn)蜗嚯娔鼙恚滑F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè) Title The design of local calibrating instrument for lowvoltage Watthour meter based on MCU Abstract The local calibrating instrument for the singlephase watthour meter is a special device that is used to measure the accuracy of lowvoltage Watthour meter in scene examine. This paper, according to the technical requirements of detectors, tells us the overall design of the system, hardware and software circuit, and ana