【正文】 (21) i= 2 Icos(? t? ) (22) 式中， u為交流電壓瞬時(shí)值， i為交流電流瞬時(shí)值， U為交流電壓有效值，I為交流電流有效值， ? 為交流電的角頻率， ? ＝ ? u－ ? i為電壓電 流的相位差。只需對(duì)輸出脈沖累計(jì)計(jì)數(shù)，就可計(jì)量出電能 。采用液晶顯示器，可大大減少功耗，并且可顯示漢字，使界面清晰、明了。 其中，模擬乘法器、低通濾波器和 V／ F 變換器采用集成電路SM9903。 CPU 電能計(jì)量模塊 顯示 模塊 信息傳輸模塊 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 8 圖 方案四的系統(tǒng)圖 這種方案 對(duì) CPU的要求低，采用 MCS51 系列單片機(jī)完全可以勝任。單片機(jī)對(duì)頻率信號(hào) f 進(jìn)行累加便可得到電能。其中， 功率累加式 比其他方案更具優(yōu)勢(shì)，由于本設(shè)計(jì)為單相預(yù)付費(fèi)電度表的軟件設(shè)計(jì)，所以對(duì)其他三種方案不一一詳述，僅將 功率累加 方案介紹如下。 下面分別對(duì)其方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和論證。 計(jì)算機(jī) 電力調(diào)制解調(diào)器 結(jié)合設(shè)備 波阻器 波阻器 用戶 1 用戶 N1 用戶 N2 用戶 2 用戶 3 23213333232222n\3 用戶 n 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 7 圖 數(shù)字電度表的系統(tǒng)圖 其中，電能計(jì)量模塊完成電能測(cè)量等功能；信息傳輸模塊主要是實(shí)現(xiàn)電量信息的傳輸；顯示模塊 主要是 顯示電量信息。 數(shù)字電度表系統(tǒng)結(jié) 構(gòu) 數(shù)字電度表的硬件電路可分為 電能計(jì)量 模塊 、顯示模塊和信息傳輸模塊。這樣監(jiān)控管理中心便可對(duì)界定范圍內(nèi)之用戶的用電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理 (監(jiān)視用電情況、對(duì)用戶進(jìn)行限電、斷電、供電等功能 )。對(duì)于不屬于管理范圍內(nèi)的用戶，可以用高頻波阻器進(jìn)行隔離。一方面將載波信號(hào)傳送到信道 (即 220V供電線路上 )，另一方面隔離 220V． 50Hz的工頻交流電流入調(diào)制解調(diào)器。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 6 圖 信息傳輸方框圖 圖示中用戶即為具通訊功能的電子電度表。微機(jī)作為監(jiān)控管理中心與用戶電子電度表之 間 數(shù)據(jù)信息的傳輸通道直接采用 220V交流供電線路。 特別是利用相關(guān)芯片加以處理后的電力載波通信方式能滿足多種要求，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表的數(shù)字電度表 , 它能實(shí)現(xiàn)各個(gè)電力用戶用 電量的自動(dòng)記錄、傳送等功能 , 使得在供電局抄表中心便能查詢用電情況 , 自動(dòng)抄收用戶電表數(shù)、計(jì)算電費(fèi)等 , 由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益都將非?？捎^ 。同時(shí) RS485通信時(shí)，需要鋪設(shè)專門的雙絞線作為通信信道，這樣不得不付出大量的額外費(fèi)用，增加了成本。如果有 2 個(gè)節(jié)點(diǎn)或 2 個(gè)以上節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，將會(huì)導(dǎo)致所有發(fā)送方的數(shù)據(jù)發(fā)送失敗。使用者在芯片的選型和電路的設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮 相關(guān) 因素，由于某些芯片的固有特性，通信中有些故障甚至還需要在軟件上作相應(yīng) 的 調(diào)整 。 RS485接口芯片廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡(luò)、機(jī)電一體化產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域。 電量信息極為重要，他直接反映用戶的用電信息，一旦出現(xiàn)差錯(cuò)或流失，后果十分嚴(yán)重，這要求電量信息在傳輸時(shí)要準(zhǔn)確無誤，同時(shí)要考慮成本 。在用戶將重新購(gòu)電的時(shí)，電度表完成上述第一項(xiàng)的功能，恢復(fù)供電。掉電時(shí)，自動(dòng)把剩余電能從 RAM 轉(zhuǎn)存儲(chǔ)在 EEPROM 中。 （ 5）當(dāng)表內(nèi)剩余電能不足 時(shí)，在液晶顯示器上顯示“請(qǐng)及時(shí)購(gòu)電”以提醒用戶余電不多，及時(shí)購(gòu)電。 （ 3）電度表正常工作時(shí)，液晶顯示剩余電能值、己用電能值，使用戶直觀地了解電度表的工作是否正常及用電負(fù)荷的大小。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 4 數(shù)字電度表工作過程 （ 1）用戶將在控制中心購(gòu)買電能并通過電力傳輸系統(tǒng)傳輸電能量到電度表由顯示系統(tǒng)總剩余電能值。 當(dāng)表內(nèi)剩余電能 “0”時(shí) ，內(nèi)繼電器切斷用戶供電，用戶需到電力中心再次購(gòu)電，方可得到供電。只需對(duì)輸出 脈沖累計(jì)計(jì)數(shù)，就可計(jì)量出電能。 數(shù)字電度表主 要實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量信息與監(jiān)控系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸，確保電量信息能直接，快速被監(jiān)控系統(tǒng)掌握，從而即時(shí)做出反饋信息，并通過電表顯示系統(tǒng)使用戶直接了解電量剩余情況， 然后要求用戶在電力控制中心直接購(gòu)電，經(jīng)過單片機(jī)的處理和控制，用戶從電力管理部門購(gòu)買的電量通過電力通信傳輸系統(tǒng)傳遞給電度表。其轉(zhuǎn)換電路，控制電路和顯示裝置均由集成電路片構(gòu)成，與常規(guī)的磁電式機(jī)械傳動(dòng)計(jì)數(shù)電度表相比具有測(cè)量精度高，功能多等優(yōu)點(diǎn)。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 3 2 數(shù)字電度表概述 數(shù)字電度表工作原理 工作原理 數(shù)字式電度表是一種用于測(cè)量交流電度量的電子儀表?，F(xiàn)在數(shù)字電能表已逐步取代以往的機(jī)械式感應(yīng)電度表。這是因?yàn)橛呻娫吹纫氲母蓴_很容易導(dǎo)致程序出錯(cuò)，可能引起不可預(yù)測(cè)的后果，諸如剩余電能等數(shù)據(jù)的丟失或改變、電度表死機(jī)等情況。華立 (Holley)集團(tuán)、萬(wàn)勝 (Wellsun)電力儀表公司、華電總公司特瑞電力設(shè)備公司、杭州奧特電力電子有限公司等均對(duì)自動(dòng)抄表系統(tǒng)的開發(fā)大量投入。而由英國(guó)自動(dòng)化儀表公司本部策劃，組織杭州沃制電力有限公司研制的 IC系列電表，可按用戶需要裝上通訊接口，利用 RS485 接口，零電壓脈沖繼電器輸出或 4～ 20mA線性輸出進(jìn)行運(yùn)程監(jiān)制。在國(guó)外，如美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已把智能抄表系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于配電管理之中了。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 2 研究現(xiàn)狀 長(zhǎng)期以來使用的都是機(jī)械式感應(yīng)電度表，它具有耗電多、笨重、需要手工抄表、防竊電性能低等缺點(diǎn)，隨著 微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微控制機(jī)（單片機(jī)）和大規(guī)模集成電路在電能計(jì)量領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使電度表的技術(shù)水平和性能得到長(zhǎng)足發(fā)展。由于電度表使用數(shù)量較多，成本控制顯得也很重要。數(shù)字電度表可 實(shí) 現(xiàn)先付費(fèi)，再用電，安全性高。如今各種智能型的數(shù)字 電度表 已在智能小區(qū)、商場(chǎng)、學(xué)校等場(chǎng)所得到了廣泛應(yīng)用。 數(shù)字電度表應(yīng)運(yùn)而生，他不但實(shí)現(xiàn)了用電收費(fèi)的電子化，而且改變了先用電后收費(fèi)的不合理狀況 ，完善 了 電力銷售環(huán)節(jié)，從根本上解決了人工抄表收費(fèi)耗工費(fèi)時(shí)的弊端，特 別是可杜絕拖欠電費(fèi)現(xiàn)象，加速 了 電力資金回籠，改善 了 供需關(guān)系，大大提高了 用電計(jì)量、收費(fèi)的科學(xué)化管理。 隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，用電戶大幅度增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的抄表收費(fèi)方式已經(jīng)不能適應(yīng)這種 新形勢(shì)的需求。s software design, therefore the selective analysis software design, has made the simple introduction to the hardware aspect, elaborated in the conclusion must further solve question as well as next step work content. Key words: Numeral Power meter SM9903 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 i 目 錄 1 前 言 ..................................................... 1 研究意義 ............................................. 1 研究現(xiàn)狀 ............................................. 2 2 數(shù)字電度表概述 ............................................. 3 數(shù)字電度表工作原理 ................................... 3 工作原理 ........................................ 3 數(shù)字電度表工作過程 .............................. 4 電量信息傳輸方式 ..................................... 4 數(shù)字電度表系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ................................... 6 電能計(jì)量模塊方案設(shè)計(jì) ................................. 7 電能計(jì)量模塊方案選擇與確定 ...................... 7 有功電能計(jì)量的基本原理 .......................... 8 3 數(shù)字電度表的硬件設(shè)計(jì) ...................................... 11 數(shù)字電度表硬件設(shè)計(jì) .................................. 11 硬件設(shè)計(jì)概述 ................................... 11 SM9903 簡(jiǎn)介 .................................... 11 SM9903 構(gòu)成的電能計(jì)量電路設(shè)計(jì) .................. 13 模塊電路設(shè)計(jì) ........................................ 14 控制部分電路設(shè)計(jì) ............................... 14 顯示電路設(shè)計(jì) ................................... 15 電能存儲(chǔ)器設(shè)計(jì) ................................. 17 掉電檢測(cè)電路設(shè)計(jì) ............................... 17 信息傳輸電路的設(shè)計(jì) ............................. 18 4 數(shù)字電度表的軟件設(shè)計(jì) ...................................... 20 軟件系統(tǒng)概述 ........................................ 20 系統(tǒng)軟件主程序設(shè)計(jì) .................................. 20 電能計(jì)量子程序設(shè)計(jì) .................................. 22 定時(shí)器 0初始化 ................................. 22 定時(shí)器 0中斷服務(wù)子程序設(shè)計(jì) ..................... 24 功能檢測(cè)子程序設(shè)計(jì) .................................. 28 電能檢測(cè)子程序設(shè)計(jì) ............................. 28 顯示子程序設(shè)計(jì) ................................. 29 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 ii 按鍵掃描子程序設(shè)計(jì) ............................. 31 通信子程序設(shè)計(jì) ................................. 32 5 結(jié)論與展望 ................................................ 35 致謝 ........................................................ 36 參考文獻(xiàn) .................................................... 37 附錄： ...................................................... 38 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 1 1 前 言 電力作為動(dòng)力資源在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位，長(zhǎng)期以來，由于供電能力不 足 ，高電力市場(chǎng)供需矛盾突出，而且城鄉(xiāng)部分企業(yè)，家庭偷電日趨嚴(yán)重。 關(guān)鍵 詞 ： 數(shù)字 電度表 SM9903 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 II Abstract With the rapid development of modern industry and the continuous improvement of people39。軟件方面， 給出了主要子程序的設(shè)計(jì)流程圖 及部分程序的源代碼清單，包括掉電能檢測(cè) 子程序、顯示子程序、 通信 子程序及 按鍵掃描子程序。 本文從硬件和軟件兩個(gè)方面分別對(duì)數(shù)字電度表 系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了較為全面的闡述 。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 I 摘 要 隨著現(xiàn)代 工業(yè) 的迅速發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高，對(duì) 電能 的需求越來越大，這對(duì)電量 的計(jì)量與管理提出了 新 的要求 :實(shí)施分時(shí)電價(jià)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表和收費(fèi)等。 為了 能夠滿足上述要求 ，數(shù)字 電能表應(yīng)運(yùn)而生 。 硬件方面 ， 以電能計(jì)量專用芯片 SM9903 和 AT89C52 微處理器芯片為核心， 闡述了 電能計(jì)量 、控制部分 、顯示電路、 電量信息傳輸、用 電 數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 擴(kuò)展等五大模塊的電路設(shè)計(jì)。 本 設(shè)計(jì)為數(shù)字電度表的軟件設(shè)計(jì)，因此重點(diǎn)分析了軟件設(shè)計(jì) ，對(duì)硬件方面作了簡(jiǎn)單的介紹 ， 并 在結(jié)論中闡述了尚需進(jìn)一步解決的問題以及下一步的工作內(nèi)容。s