【正文】 755 and MC9S08AW60 as Freescale39。本設(shè)計(jì)完成了插座式節(jié)能智能電表的軟硬件設(shè)計(jì)，可用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)負(fù)載的工作狀態(tài)，測(cè)量交流型電器的功率和記錄消耗的電能，并根據(jù)需要可設(shè)置自動(dòng)斷電（限制負(fù)荷大小和按定時(shí)器設(shè)定時(shí)間控制拉閘）。完成了插座式節(jié)能智能電表各個(gè)硬件模塊電路的設(shè)計(jì)，包括電源穩(wěn)壓電路、電能計(jì)量電路、LCD顯示電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、外擴(kuò)EEPROM電路、繼電器保護(hù)電路等。 畢業(yè)論文題 目: 插座式節(jié)能智能電表設(shè)計(jì) 摘 要插座式電能表是一種可帶插座的電子式電能計(jì)量?jī)x表，計(jì)量插座為負(fù)載電器設(shè)備提供接插用電的同時(shí)，實(shí)時(shí)捕獲電器設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)，并可按需要隨時(shí)設(shè)置測(cè)量?jī)?nèi)容、同步觀察電器設(shè)備的各項(xiàng)工作參數(shù)，讓人們更為方便地監(jiān)測(cè)電器設(shè)備的工作狀況，為科學(xué)節(jié)能、安全合理地使用、維護(hù)和調(diào)校電器設(shè)備提供有效幫助。本設(shè)計(jì)基于ADI公司的ADE7755單相電能計(jì)量芯片,并以飛思卡爾公司的MC9S08AW60作為微控制器，設(shè)計(jì)了一款新型的單相插座式電能表實(shí)現(xiàn)方案。電能計(jì)量芯片檢測(cè)的電能以脈沖的形式送給MCU，MCU經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理后，將數(shù)據(jù)送給LCD、外擴(kuò)EEPROM進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。關(guān)鍵詞：電能計(jì)量；ADE7755；智能電能表 Title Design of the Socket Energysaving Smart MeterAbstractThe Socket Smart Meter is an electronic energy measurement instruments which has a socket, with which the socket smart meter can provide measure outlet plug for the electricity load, and can also catch various kinds of parameters of electrical equipment. What’s more, the content and working parameters in synchronization observation of the electrical equipment can be set according to the needing at any time. Therefore, it makes people monitor the working condition of electrical equipment more easily and provide effective help for scientific energy saving, safe and reasonable use, maintenance and adjustment. Based on ADI39。s microcontroller, the design aims to creating a new type of singlephase power meter socket implementations. Various smart meter socket hardware module circuit designs are pleted, including the power regulator circuit, power measuring circuitry, LCD display circuit, realtime clock circuit, external expansion EEPROM circuit and so on. The power of the detection of energy metering chips are sent to MCU in the form of pulses, and then the data deal with MCU can sent to LCD and external EEPROM for expanding display and storage. Both hardware and software of smart meter socket are pletely designed for monitoring of the operating parameters of the work load, measuring the exchangetype electrical power and recording of power consumption, and automatic poweroff can be set as needed (limit load size and control the brake according to timer.) 朗讀顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音字典Keywords：Energy Measurement； ADE7755； Smart Meter目 次1 緒論 1 插座式節(jié)能智能電表研究的背景及意義 1 電能表的發(fā)展 1 研究的內(nèi)容 22 插座式節(jié)能智能電表方案整體設(shè)計(jì) 3 方案整體結(jié)構(gòu) 3 方案硬件的選擇 3 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境及開(kāi)發(fā)工具 63 電能計(jì)量芯片 8 ADE7755的特點(diǎn) 8 ADE7755工作原理 9 模擬輸入 10 ADE7755的測(cè)試曲線 124 插座式節(jié)能智能電表硬件電路設(shè)計(jì) 13 電能計(jì)量電路 13 LCD顯示電路 14 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路 14 外擴(kuò)EEPROM電路 155 插座式智能電表軟件設(shè)計(jì) 16 電能計(jì)量程序 16 LCD顯示程序 17 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器程序 18 實(shí)時(shí)時(shí)鐘程序 196 插座式智能電表方案設(shè)計(jì)展示和展望 21 硬件實(shí)物展示 21 插座式智能電表展望 22總結(jié) 23致謝 24參考文獻(xiàn) 25附錄A 方案總電路圖 27附錄B 方案軟件總流程圖 28附錄C 方案設(shè)計(jì)展示 29附錄D 主要元器件參數(shù)表 30附錄E 部分程序清單 311 緒論電能表作為電能計(jì)量的專用儀表,它起著計(jì)量負(fù)載消耗的或電源發(fā)出的電能的作用，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。 插座式節(jié)能智能電表研究的背景及意義隨著居民生活水平的提高，越來(lái)越多的家用電器進(jìn)入千家萬(wàn)戶，居民用電量節(jié)節(jié)攀升，但各種家用電器的耗電量到底是多少呢，為什么會(huì)用這么多電，是不是有些電器出現(xiàn)故障了，一般家庭缺少簡(jiǎn)單有效的監(jiān)測(cè)電器工作情況的工具，不能做到明白用電、安全用電和節(jié)約用電。比如，我們家的冰箱，工作的時(shí)候是127W左右，靜待狀態(tài)是5W；遙控電扇的工作狀態(tài)，低風(fēng)52W,中風(fēng)56W，高風(fēng)64W，待機(jī)狀態(tài)5W。 電能表的發(fā)展我國(guó)的電能表的生產(chǎn)始于50年代，經(jīng)過(guò)幾十年的努力，電能測(cè)量技術(shù)和儀表的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)得到了飛速發(fā)展。電能表作為計(jì)量管理和用電管理的終端,它所提供的各種功能是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化管理必不可少的。而隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，測(cè)量電路的集成化、模塊化成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，各大器件公司也紛紛推出自己的電能計(jì)量芯片。目前國(guó)內(nèi)單相電子式電能表大部分都是采用電能計(jì)量模塊，外擴(kuò)少量元器件而組成的，各種單相電子式電能表所使用計(jì)量芯片的基本原理大致相同， 因此，全電子、多功能、低功耗、小體積的電表研發(fā)逐漸成為了一種趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是：（1） 設(shè)計(jì)電能計(jì)量方案，選擇電能計(jì)量芯片； （2） 構(gòu)建方案的整體框圖；（3） 設(shè)計(jì)電能采集電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、電源和備用電源電路等硬件電路；（4） 設(shè)計(jì)電量采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘產(chǎn)生、鍵盤輸入和LCD顯示程序；（5） 完成硬件的制作和軟件的調(diào)試；2 插座式節(jié)能智能電表方案整體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的各個(gè)硬件模塊相對(duì)獨(dú)立，彼此間的工作互不影響和干擾，這保證了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；軟件采用分支循環(huán)方式。 方案整體結(jié)構(gòu)電能計(jì)量芯片從家用220V交流電線路上采集電壓、電流信號(hào)，經(jīng)處理后進(jìn)行乘積運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果通過(guò)功率—頻率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成與平均功率成正比的脈沖信號(hào)輸出，MCU在一個(gè)計(jì)數(shù)周期內(nèi)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并轉(zhuǎn)換為功率傳給LCD和外擴(kuò)存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器在記錄電量的同時(shí)，也記錄此時(shí)刻的時(shí)間，以便以后查詢。 圖 方案整體設(shè)計(jì)框圖 方案硬件的選擇本設(shè)計(jì)中的集成電路包括：微控制器、電源穩(wěn)壓芯片、電能計(jì)量芯片、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、外擴(kuò)存儲(chǔ)芯片和LCD。MC9S08AW60[2]美國(guó)Freescale公司生產(chǎn)的一款8位微控制器,擁有62KB片上在線可編程FLASH存儲(chǔ)器和2KB片上RAM，具有模塊保護(hù)與安全選項(xiàng)功能，～。其內(nèi)部集成了高性能模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），AD單次8位轉(zhuǎn)換最短時(shí)間是20個(gè)ADCK周期+5個(gè)總線時(shí)鐘周期。MC9S08AW60可以通過(guò)后臺(tái)調(diào)試模式進(jìn)行程序下載，可在線觀看寄存器變化，便于調(diào)試，因此選用MC9S08AW60作為本設(shè)計(jì)的微控制器。它的資源很豐富，自帶字庫(kù)，操作也比較簡(jiǎn)單，因此得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)寫(xiě)入顯示資料RAM 時(shí)，可以分別顯示CGROM，HCGROM 及CGRAM 的字型。1602[4]是以16列2行=32個(gè)510點(diǎn)陣塊組成的顯示字符群，每個(gè)點(diǎn)為一個(gè)字符，具有字符發(fā)生器ROM，可以顯示192種字符，具有80字的RAM，+5V供電，低功耗，可靠性高。經(jīng)比較，選用含中文字庫(kù)的JCM12864M為本設(shè)計(jì)的顯示器。如：ATT702CS546ADE7755等。CS5463是美國(guó)CRYSTAL公司生產(chǎn)的一款多功能電能計(jì)量芯片，內(nèi)含兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、高速電能計(jì)算功能和一個(gè)串行接口的高集成模—轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器。CS5463可以使用低成本的分流器或電流互感器來(lái)測(cè)量電流，并使用分壓電阻或電壓互感器來(lái)測(cè)量電壓。CS5463具有方便的片上AC／DC系統(tǒng)校準(zhǔn)功能。ADE7755只在ADC和基準(zhǔn)源中使用模擬電路，所有其他信號(hào)處理（如相乘和濾波）都使用數(shù)字電路，這使ADE7755在惡劣的環(huán)境條件下仍能保持極高的準(zhǔn)確度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片的選擇實(shí)時(shí)時(shí)鐘為整個(gè)裝置提供時(shí)鐘基準(zhǔn)，實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片的選擇需要考慮其功耗、穩(wěn)定性、與MCU通信方式。當(dāng)工作電壓為3V時(shí),其工作電流小于3uA,僅為OKI生產(chǎn)的低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片M6242的三十分之一,全部外部元件僅一只石英晶體。當(dāng)電源電壓小于允許值時(shí),NJU6355將在內(nèi)部寄存器中自動(dòng)記錄。10%內(nèi),CPU才能NJU6355讀寫(xiě),如果電源電壓超過(guò)5V177。M6242是OKI公司生產(chǎn)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘,為18腳DIP封裝，在正常的情況下由單一5V電源供電，此時(shí)功耗為150uW,在+2V電池供電時(shí)，功耗僅為20uW,，可產(chǎn)生秒、分、時(shí)、日、月、年及星期等數(shù)據(jù)，分別存于可尋址的相應(yīng)寄存器中，這些寄存器可由外部微處理器進(jìn)行讀寫(xiě)操作。時(shí)鐘可以工作于24小時(shí)模式或AM/PM 的12小時(shí)模式。芯片采用了簡(jiǎn)單的IIC三線通信方式,便于節(jié)省芯片和與之接口的微處理器引腳。由于DS1302在數(shù)據(jù)讀寫(xiě)方面較簡(jiǎn)單，且完全滿足本設(shè)計(jì)的要求，因此選用DS1302作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘源。AT24C02B擁有2048位存儲(chǔ)空間，～，8字節(jié)頁(yè)寫(xiě)方式，可擦寫(xiě)100萬(wàn)次，數(shù)據(jù)可保存10