【正文】 升。雖然基于機電一體式的電能表實現(xiàn)了預(yù)付費，但鑒于安全性和其他方面的原因，國家并不主張大范圍的使用這種電能表。全電子式電能表最早用于進(jìn)行計量鑒定，也就是做標(biāo)準(zhǔn)表，隨著元器件性能的提高和價格的下降，全電子式電能表計量精度較高，且能實現(xiàn)復(fù)費率及用電控制，便于實現(xiàn)抄表自動化系統(tǒng)，而且生產(chǎn)成本較低，全電子式電能表逐步開始大量民用，目前使用數(shù)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過機械表。我國從20世紀(jì)90年代初開始研制全電子式電能表，1994年威勝集團、恒通公司等相繼推出了全電子式多功能電能表，隨后有多家公司開始小批量生產(chǎn)。20世紀(jì)80年代末90年代初，國外著名電測儀表公司相繼推出了全電子式多功能電能表，如瑞士蘭地斯公司(LANolsamp。電子式電能計量方案使用乘法器實現(xiàn)功率和電能的測量，在一塊集成芯片上完成電能采樣和AD轉(zhuǎn)換，比較先進(jìn)的是∑⊿AD轉(zhuǎn)換原理。這種電能表和機械禍合式多費率電能表都是感應(yīng)式電能表向全電子式電能表過渡過程中的電能計量品種，它們對分時電價、需量電價制度的實施起了積極的推動作用?；谖㈦娮蛹夹g(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，人們開發(fā)出了基于感應(yīng)電能表的機電一體式電能表，這種電能表是利用感應(yīng)系電能表的測量機構(gòu)作為工作元件，使用光電傳感器完成電能脈沖的采集，經(jīng)微處理器處理后，對電能脈沖進(jìn)行計量，從而實現(xiàn)對電能的數(shù)字化測量。電力系統(tǒng)的不斷擴大以及對電能合理利用的探索，使感應(yīng)系電能表逐漸暴露出準(zhǔn)確度低、適用頻率范圍窄和功能單一等缺點。感應(yīng)式電能表具有制造簡單、操作安全、維修方便、可靠性好和價格低廉等特點，因此，至今在包括我國的許多發(fā)展中國家甚至是一些發(fā)達(dá)國家里，感應(yīng)式電能表仍作為一種計量工頻電能的儀表被廣泛使用。最早出現(xiàn)的電能表是根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場理論制作的感應(yīng)式電能表，其核心是電磁線圈和轉(zhuǎn)動部件，經(jīng)過一百多年的不斷改進(jìn)和完善，感應(yīng)式電能表的制造技術(shù)也已相當(dāng)成熟。隨著交流電的出現(xiàn)和使用，1888年意大利物理學(xué)家費拉里斯提出了將旋轉(zhuǎn)磁場理論用于交流電能測量的觀點。電能表作為測量電能的專用儀表，至今已有100多年的歷史。本文正是基于這樣的背景下進(jìn)行的，設(shè)計基于ATT7022B的三相多功能電能表。同時，微電子技術(shù)和單片機應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展和普及，為電能表多功能高精度的實現(xiàn)創(chuàng)造了有利條件，電子式電能表得以出現(xiàn)并得到了飛速發(fā)展。同時，隨著社會的發(fā)展，交易的電量越來越大，供、用雙方對自身的權(quán)益也越來越關(guān)心，這就對電能計量表的準(zhǔn)確度等級提出了更高的要求。感應(yīng)式電能表作為一種傳統(tǒng)的電能表，在電能計量工作中發(fā)揮了極大的作用。關(guān)鍵詞：電能計量，多功能電子式電能表，復(fù)費率，ATT7022B，時鐘芯片AbstractWith the rapid development of economy of our country and gradual increment of power onsumption, electrical energy bees the significant guarantee of national economy and people’s life in modern society. Latemodel polarity formula multifunction watthour meter, which designed in this paper, improves the measuring accuracy and realizes functions of timesharing measurement realtime monitor exceptional situation and take event records and so on. This will improve the pletely utilization of electrical energy, prevents happening of using electricity illegally, and provides fair and impartial environment of using electricity.At first, this paper summarizes the present developing state of multifunction electronic watthour meter and the basic theory of energy measurement, after that, it put out the design objection and whole frame of this metering System. And the circuit design of each unit with the function divided, including power unit, measure unit, munication unit etc .The soft design of the system is the priority of this paper, utilize modularization method to realize active power, reactive power, RS485 munication, infrared munication, keyboard and display, anomaly detection, electricity reading meter and so on. The EMC design and meter adjust method have also been discussed. This Latemodel multifunction electronic watthour meter has the excellence of run stability, high reliability, good monality and strong ability of antijamming, etc .It’s fit in with the market demand of the watthour meter.Key Words: energy metering, Multifunction electronic watthour meter, ATT7022B, multirate, realtime clock目錄1緒論 1 1 電能表的發(fā)展及現(xiàn)狀 2 課題研究目的和意義 4 52電能測量原理 6 7 8 10 12 153 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計 16 16 17 21 存儲器單元 29 通信模塊設(shè)計 31 實時時鐘電路 37 人機接口模塊設(shè)計 39 42 繼電器驅(qū)動單元 454 系統(tǒng)軟件設(shè)計 48 開發(fā)工具 48 主程序流程圖 48 程序模塊化設(shè)計 505 抗干擾設(shè)計 60 61 61 616 結(jié)論與展望 63 63 63參考文獻(xiàn) 65致謝 67附錄一 英文資料 68附錄二 三相多功能電能表系統(tǒng)原理總圖 871緒論電能是最重要的能源，在現(xiàn)代社會中電能己廣泛應(yīng)用到社會生產(chǎn)的各個領(lǐng)域和社會生活的各個方面。文中對三相電能表的抗干擾設(shè)計也有很詳細(xì)的介紹。論文首先綜述了多功能電子式電能表的發(fā)展現(xiàn)狀及電能測量的基本原理，然后給出了系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)和總體方案，并按功能進(jìn)行了各個硬件電路單元的設(shè)計，包括電源單元、計量單元、功能管理單元、顯示單元、通信接口單元等。摘要隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，電能消耗日益增加，電能成為現(xiàn)代社會國民經(jīng)濟和人民生活的重要保障。本文所設(shè)計的新型多功能電子式電能表除了提高計量精確度外還實現(xiàn)了分時計量、對異常情況進(jìn)行實時監(jiān)控并記錄事件等功能；可提高電能的合理利用，為用戶提供公正、公平的用電環(huán)境。在軟件設(shè)計方面，采用模塊化軟件設(shè)計方法實現(xiàn)了有功和無功的能量分時計量、RS485通訊、紅外通訊、按鍵顯示、異常檢測及記錄等功能。 本三相多功能電子式電能表具有運行穩(wěn)定、可靠性高、通用性好和抗干擾能力強等優(yōu)點，適應(yīng)電表市場的需求。電能表是當(dāng)前電能計量和經(jīng)濟結(jié)算的主要工具，它的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到國家與用戶的經(jīng)濟利益。但隨著電力逐步走向市場，用電營銷對電能計量工作提出了更高的要求，電能表要承擔(dān)的功能越來越多，如在電力系統(tǒng)中，為引導(dǎo)用戶更為有效、合理利用電能，避免尖峰負(fù)荷的出現(xiàn)，提高系統(tǒng)的負(fù)荷率，對用戶實行分時計量；為對電能計量裝置進(jìn)行在線監(jiān)測、遠(yuǎn)方遙控，需對電能表進(jìn)行遠(yuǎn)方通信等。普通感應(yīng)式電能表受其結(jié)構(gòu)和原理上的制約，要進(jìn)一步提高準(zhǔn)確度和拓展其功能已很困難。[1]近年來，高準(zhǔn)確度、高可靠性的元器件以及大規(guī)模集成電路技術(shù)等應(yīng)用于電子式電能表的開發(fā)與生產(chǎn)，使電子式電能表壽命提高、功能多種多樣，其市場所占比重正在快速加大，這其中電卡式預(yù)付費電子式電能表、單相/三相電子式多功能電能表將是主要需求目標(biāo)，并逐步使供用電管理的微機化和自動化成為現(xiàn)實。 電能表的發(fā)展及現(xiàn)狀（機械表）自從1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律以來，人們就不斷的探索使用和測量電能。1880年美國人愛迪生研制成功世界上最早的電能表，是基于電解原理的直流電能表。 1889年，匈牙利崗茲公司的布勒泰制成了第一臺交流感應(yīng)式電能表。目前普遍使用的感應(yīng)式電能表是根據(jù)交變磁場中金屬圓盤的感應(yīng)電流與有關(guān)的磁場形成力的原理制成的，即利用金屬鋁轉(zhuǎn)盤中感應(yīng)的電流與通有交流電流的固定線圈的磁場相互作用，產(chǎn)生驅(qū)動力矩驅(qū)動鋁盤旋轉(zhuǎn)，累計消耗的電能。[2] 機電一體式電能表隨著電能開發(fā)及利用的加快，對電能管理和電能表性能提出了更高的要求。感應(yīng)式電能表由于受其原理和結(jié)構(gòu)等因素的制約，要對它進(jìn)行較大的改進(jìn)是很困難的。這種電能表的顯著特點是感應(yīng)式測量機構(gòu)配以脈沖發(fā)生裝置，因此也被稱為感應(yīng)式脈沖電能表或機電脈沖式電能表。 全電子式電能表機電脈沖式電能表采用感應(yīng)式測量機構(gòu)測量電壓電流，決定了它同樣具有感應(yīng)式電能表準(zhǔn)確度低、適用頻率范圍窄等缺點。功率是電流與電壓的乘積，電能是功率對時間的積分。oYR)、法國斯倫貝謝公司(Sehlumberger)和美國通用電氣公司(GE)等。經(jīng)過技術(shù)的引進(jìn)、消化和吸收，我國電子式電能表開發(fā)設(shè)計和制造技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。[3]目前的電能表市場中全電子電能表所占比例逐年增加，機械表由于先天性在通信方面的不足，所以很難在集中自動化抄表方面有發(fā)展，機電一體式電能表雖可以進(jìn)行電能信息的遠(yuǎn)程通信，但其可提供的用電信息比較少，例如頻率，有功，無功等，另外實現(xiàn)復(fù)費率計量也比較困難。全電子電能表克服了上面兩種表的缺點，可以方便的計量電能的各種信息，并且實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信完成抄表工作和實現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)自動化。目前，在抄表方式上，存在有RS48紅外、GPRS和電力線載波等多種抄表方式。各種抄表方式具有各自的特點，RS485需要專門布線，但其抗干擾能力較強；紅外抄表由于其通信距離的限制，不能實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的；電力線載波通信抄表技術(shù)無需專門的通信線，利用現(xiàn)有的電力線作為通信信道，信道建設(shè)工作量極少，但其技術(shù)較為復(fù)雜，通信出錯率較高。GPRS抄表技術(shù)在未來將會有很廣的應(yīng)用。在信息化技術(shù)不斷發(fā)展和成熟的現(xiàn)代社會，高效的電能計量和管理技術(shù)將是信息化家庭智能管理系統(tǒng)的一個重要組成部分。系統(tǒng)使用全電子式方案，采用了專用計量芯片來計量電能，可以滿足很好的精度和準(zhǔn)確度要求。系統(tǒng)設(shè)計完成以后，可以軟件進(jìn)行校表，軟件校表參數(shù)通過程序內(nèi)部進(jìn)行設(shè)置，確保出廠時更好的準(zhǔn)確性。適應(yīng)市場需求，滿足用戶需要。本文主要研究基于三相電能專用計量芯片ATT7022B的多功能電能表。計量模塊由專用計量芯片構(gòu)成，實現(xiàn)正反向，抄壓，欠壓等諸多測量參數(shù)。復(fù)費率設(shè)計，采用專用實時時鐘芯片，保證了時間準(zhǔn)確度及安全可靠。本論文的主要工作：1）提出基于ATT7022B芯片的多功能電能表解決方案。3）編寫軟件代碼和調(diào)試系統(tǒng)功能模塊。論文共6章，基本安排如下：第1章：緒論。第2章 分析了電能表的基本測量原理 ，包括對三相電路電源負(fù)載接線方式的介紹，對電子式電能表測量原理的介紹，著重介紹了幾種乘法器的原理及應(yīng)用。硬件總體方案設(shè)計包括對電能表硬件功能模塊進(jìn)行劃分，給出硬件組成方框圖；各單元硬件電路設(shè)計包括主芯片、電能計量模塊、 RS485通信模塊、紅外通信模塊、LED顯示模塊、鐵電存儲器模塊、實時鐘模塊、電源模塊。軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計方法，包括主程序流程、各中斷處理流程、有功和無功電能分時計量模塊、鍵盤、顯示及通信模塊等設(shè)計，實現(xiàn)電能表多功能要求。第6章：總結(jié)與展望。 2電能測量原理 三相電源有兩種基本連接方式[5]：星形連接和三角形連接。三相對稱星形連接時，有如下關(guān)系： ， (21)式中：，線電壓和線電流；，相電壓和相電流。(b)。 三相負(fù)載根據(jù)其接線方法一般有三相三線和三相四線之分，以下只討論電源為Y形連接時的情況。當(dāng)發(fā)電機繞組按星形方式連接時，負(fù)載也接成星形方式，(b)所示，稱為三相四線制。當(dāng)電路為對稱三相電路時，中線電流為零。 (a)負(fù)載三相三線連接(b)負(fù)載的三線四線連接以上討論了三相電源和負(fù)載的接線方法，這些知識有利于理解三相多功能電能表的參數(shù)采集電路和外部接線方式。用戶在某一時刻消耗電能的“速度”我們稱為瞬時功率，它在數(shù)學(xué)上等于該時刻瞬時電壓值與瞬時電流值的乘積，將所有這樣的“瞬間”消耗的電能加在一起就得到了總的用戶消耗電能的數(shù)量。[7]設(shè)在t時刻負(fù)載兩端的交流電壓和流過負(fù)載的交流電流的表達(dá)式為： () ()其中t時刻電壓瞬時值；－t時刻電流瞬時值；－電壓峰值；－電