【正文】 過載能力強、功耗低、抗高次諧波能力強、靈敏度高等一系列的優(yōu)點，最終將取代傳統(tǒng)的感應系電能表，逐步會在現(xiàn)代電能計量與管理中占據(jù)主導地位。電子式電能表的功能科劃分為用電計量、監(jiān)視、控制、管理等四類。累計電子式計量功能主要包括累計雙向供電的有功電能、無功電能和視在電能的消耗量、斷電時間、斷電次數(shù)及超功率時間等。②監(jiān)視功能主要的監(jiān)視功能為最大需量和防竊電監(jiān)視；次之的有缺相指示、停電和復電時間記錄、預付費表的所購電能將用盡時的報警及電壓異常報警等。前者用于多費率分時計費；后者則是指通過接口接收遠方控制指令或通過表計內(nèi)部的編程控制。④管理功能電子式電能表的管理功能包括按時段/費率進行計費、預付費提示、為抄表提供必要信息數(shù)據(jù)、課參與組網(wǎng)進入電能管理系統(tǒng)等。先購電在用電的預付費管理模式，是通過使用電卡（又稱電鑰匙或電子鑰匙或IC卡）、磁卡或光卡完成的。進入90年代，IC卡技術(shù)在國外已得到廣泛應用。預付費電度表又叫購電式電能表，它有電能計量單元和數(shù)據(jù)處理單元構(gòu)成，是一種用戶必須先付費才可用電的特殊電能表。當剩余電能量將要用盡時，電能表可預先發(fā)出警告信號。預付費電度表的特點主要有：①不需要人工抄表預付費電能表采用的計量方式是用戶持卡先到供電管理部門買電，然后才能用電。②可以解決一些電費收繳困難戶的收費問題隨著經(jīng)濟的發(fā)展和文化交流的活動增加，流動人口越來越多。使用預付費電能表是先購電在使用的方式，就可有效的解決電費回收的問題。③可以實行功率限定按照規(guī)定，用戶用電應如實申報用電容量，以便于電力部門確定供電方式及準確計算應繳電費。感應式電能表沒有功率限定的功能，且其過載能力較大，不能限制用戶超容量用電。④具有一定的防竊電能力預付費電能表對方向用電的處理方式，是將反響用電計入正向用電，因此，當用戶采取反接電流進出線或采用竊電器竊電時，其反轉(zhuǎn)電量還會疊加在正向電量中去，竊電是無法得逞的。長期以來，由于計劃經(jīng)濟的影響，一些人頭腦中還沒有電是商品的概念，因此，“偷電不是偷”、“欠電費不算欠”等錯誤觀念還有一定市場。⑥有利于用電管理部門提高現(xiàn)代化管理水平隨著科學技術(shù)的發(fā)展，計算機已應用于各個行業(yè)、各個部門。預付費電能表的使用必須配合計算管理才能進行，因此，有利于提高用電管理部門應用計算機管理的水平，提高勞動生產(chǎn)率。（2）適宜解決多個農(nóng)民家庭水澆地使用的一表多卡的三相預付費電能表。（4）適宜實行居民分時電價政策的單相復費率預付費電能表。我們可以從多個信息渠道獲知，與前幾年相比，表計電子元器件性能和使用壽命的穩(wěn)步提高，預付費電能表的產(chǎn)品質(zhì)量、功能、使用壽命、可靠性等都有明顯的改善。同時隨著各地區(qū)電力管理部加大實施分時電價政策，新型復費率預付費表計的使用已經(jīng)開始。在現(xiàn)代化社會中，電能已經(jīng)成為了最重要的能源。正因如此，對電能的準確測量越來越受到人們的普片關(guān)注。許多用戶法律觀念淡薄，用電后遲交、托欠甚至不交費。為解決電費托欠問題，供電部門提出了預收費的辦法，而這種辦法的實施，促使許多科研和生產(chǎn)單位爭相研制開發(fā)各種具有預付費功能的電能計量儀表。IC卡電能表的使用免去了供電部門抄表的繁重工作，而由單片機智能控制，大大減輕了工作量。 設計內(nèi)容單相電子式預付費電度表主要包括電能計量系統(tǒng)和預付費系統(tǒng)。前者主要追求可靠性，后者要求安全性高。因而使用乘法器是實現(xiàn)測量功率和電能的全電子式測量方案的共同特點。方案一：機械電子式 前置通道采用原感應式電度表電路，通過對轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動圈數(shù)的計數(shù)來測量電能。與原感應式電度表相比，顯示直觀，讀數(shù)容易。 方案二： 模數(shù)轉(zhuǎn)換式 對電流和電壓分別采樣，再通過Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送入單片機相乘運算，同時在CPU內(nèi)部設置一定時器定時對功率累加,：顯示器IC卡卡座卡電流變換器A/D轉(zhuǎn)換CPUI 電壓變換器A/D轉(zhuǎn)換 U 方案二的系統(tǒng)框圖 這種方案對信號的采樣速率快，但對A/D轉(zhuǎn)換器的精度要求極高，不宜采用。得出電流和電壓的相位差（φ）。一般的ＭＣＳ－５１、ＭＣＳ－９６和ＰＩＣ系列單片機難以勝任。ＣＰＵ在一定的時間ΔＴ內(nèi)記數(shù)為Ｎ，便得到這段時間內(nèi)的電能。 預付費系統(tǒng)即系統(tǒng)中的IC卡部分，而IC卡按其加密方式不同科分為：加密存儲卡（普通軟件加密卡）、機密存儲卡（硬加密卡）、CPU卡。非加密存儲器卡存儲方便、使用簡單、價格價格便宜，很多場合可替代磁卡，但由于本身不具信息保密功能，因此只能用于保密要求不高的場合。這類器件保密性較好，應用廣泛。并且能夠?qū)崿F(xiàn)雙向認證，具有數(shù)據(jù)存儲，命令處理和數(shù)據(jù)安全保護等功能。CPU卡有存儲量大、處理能力強、信息存儲安全等特性，因此廣泛用于信息安全要求特別高的場合。 目前常見的顯示器件有三種：液晶（LCD）、發(fā)光二極管(LED)、熒光管（FIP），當然還有傳統(tǒng)感應式電能表采用的機械計度器。下面就三種發(fā)光器件在壽命、耗電、亮度、： LCD、LED、FIP優(yōu)缺點比較一覽表 項 內(nèi) 容 目名稱壽命（h）強背景光 下對比度弱背景光下對比 度 功耗 成本驅(qū)動線路得分液晶顯示器（LCD)○長：10萬○○（帶光源）Х（無光源）○（小于10uA）△（一般） Х（復雜）3發(fā)光二極管（LED）○短：10萬~100萬 Х ○ Х○（低）○（簡單）2熒光顯示板（FIP）Х短：3萬~5萬 △ ○ ХХ（高）△（一般）2注：表中○代表優(yōu)越（1分）；△代表一般（0分）；Х代表差（1分）通過電能計量系統(tǒng)、預付費系統(tǒng)、顯示器的方案比較可知：在電能計量系統(tǒng)中采用的是方案四：功率累加式；在預付費系統(tǒng)中采用的是方案二即采用加密存儲器卡作為售電的傳輸煤質(zhì)；，優(yōu)先選用液晶顯示器（LCD)。： 顯示器數(shù)據(jù)處理及功能單元顯示器驅(qū)動電路存儲器功能介質(zhì)功能介質(zhì)驅(qū)動數(shù)據(jù)運算功能邏輯斷電驅(qū)動分頻器電能測量單元V/F轉(zhuǎn)換器電源電路積分器模擬乘法器Vv*Ii斷電機構(gòu)分壓器分流器電壓電流 電子式預付費電能表電氣結(jié)構(gòu)圖 單相電能表的計量對象是用戶的所有負載消耗的有功電能，其額定電壓為220V、額定頻率為50Hz。如果已知電壓、電流的有效值及相位差，則消耗的瞬時功率為： 而有功功率P為瞬時功率P（t）在一個周期內(nèi)的平均值，則有：式中T為正弦周期，則一個周期內(nèi)的電能為： 單相交流有功電能表所計量的是負載上所消耗的有功電能，而實際上用戶的負荷是不斷變化的，無法快速而準確的測得每個周期的電壓有效值和電流有效值，以及電壓與電流之間的相位差，所以無法直接用上式測得一個周期的電能W。 電子式電能表一般都要經(jīng)過電壓電流采樣后經(jīng)乘法器，再經(jīng)U/f變換成頻率電能計量單元送給計數(shù)器，顯示出電能。其構(gòu)成的電能專用芯片是計算單元控制雙通道A/D轉(zhuǎn)換，同時對電壓、電流波形進行采樣，然后由芯片計算單元完成相乘并累計電能。前一類產(chǎn)品是南非Sames公司生產(chǎn)的SA91系列單、三相電能測量專用芯片。 ADE7755的工作原理 ADE7755簡介 ADE7755是一款適用于單相配電系統(tǒng)的高精度電能計量IC。該器件規(guī)范超過IEC61036標準規(guī)定的精度要求。 ADE7755的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 ADE7755工作原理兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）對來自電流和電壓傳感器的電壓信號進行數(shù)字化，這兩個ADC都是16位二階ΣΔ模數(shù)轉(zhuǎn)換器，過采樣速率達900kHz。電流通道中的程控放大器（PGA）進一步簡化了傳感器接口。有功功率是從瞬時功率信號推到計算出來的，瞬時功率信號時用電流和電壓信號直接相乘得到的。： ADE7755信號處理框圖，此也能正確的計算非正弦電流和電壓波形在不同功率因數(shù)情況下的有功功率。ADE7755的低頻輸出是通過對上述有功功率信息的累計產(chǎn)生，即在兩個輸出脈沖之間經(jīng)過長時間的累加，因此輸出頻率正比于平均有功功率。CF輸出的頻率較高，累加時間較短，因此CF的輸出頻率正比于瞬時有功功率，這對于在穩(wěn)定負載條件下進行系統(tǒng)校驗時很有用的，當然也可以進行進一步累加而獲得電能計量信息。該軟件功能強大，人機界面友好，易學易用，仍然是大中專院校電學專業(yè)必學課程，同時也是業(yè)界人士首選的電路板設計工具。其中Advanced Schematic由兩部分組成：電路圖編輯器（Schematic）和元件庫編輯器（Schematic Library）。： EEPROM 單片機 AT89C52計量芯片電路（ADE7755) IC卡卡座（SLE4442） 顯示電路（LCD12864）跳閘斷電電路實時時鐘（DS12887）預付費電度表的硬件電路可分為單片機控制電路、電能計量電路、顯示電路、IC卡接口電路、電能存儲電路、掉電檢測電路和電源電路等組成，下面就簡單介紹各電路。而在系統(tǒng)中主要是以集成芯片為硬件基礎，其需要+5V的直流電源。單片機的選擇是決定電度表性能的關(guān)鍵因素，在設計中選用的是Atmel公司生產(chǎn)的AT89C52。AT89C52單片機屬于AT89C51單片機的增強型，與Intel公司的80C52在引腳排列、硬件組成、工作特點和指令系統(tǒng)等方面兼容。： AT89C52實物圖及引腳圖其中40只引腳按其功能來分，可分為如下三類：⑴電源及時鐘引腳：VCC、VSS；XTALXTAL2。⑶I/O口引腳：P0、PPP3，為4個8位I/O口的外部引腳AT89S52主要引腳的主要功能： VCC：接+5V電源。P0口：雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時復用口，可驅(qū)動8個LS型TTL負載。P1口：8位準雙向I/O口，可驅(qū)動4個LS型TTL負載。P2口：8位準雙向I/O口，與地址總線（高8位）復用，可驅(qū)動4個LS型TTL負載。P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。 P3口的第二功能定義端口引腳第二功能　RXD（串行輸入口）　TXD（串行輸出口）?。ㄍ獠恐袛?）　（外部中斷1）　T0（定時器0外部計數(shù)輸入）　T1（定時器1外部計數(shù)輸入）?。ㄍ獠繑?shù)據(jù)存儲器寫選通）?。ㄍ獠繑?shù)據(jù)存儲器讀選通）RST：RST（RESET)是復位信號輸入端，高電平有效。在單片機正常工作時，此引腳≦。當單片機訪問外部存儲器時，ALE輸出信號的負跳沿用于單片機發(fā)出的低8位地址經(jīng)外部鎖存器鎖存的鎖存控制信號。為本引腳的第二功能。：程序存儲器輸出控制端。此引腳接外部程序存儲器的(輸出允許端)。 /VPP：功能為內(nèi)外程序存儲器選擇控制端。當引腳為低電平時，單片機則只訪問外部程序存儲器，無論是否有內(nèi)部程序存儲器，對于8031來說，因其無內(nèi)部程序存儲器，所以該引腳必須接地，這樣只能選擇外部程序存儲器。 控制回路的設計此次設計的主控回路是以AT89C52單片機為核心設計的復位、報警、晶振電路，主要完成IC卡讀寫電路的邏輯控制與一些相關(guān)信息的處理，而這些功能的實現(xiàn)比較主要是靠軟件設計來完成的，其硬件電路相對簡單。其中，晶體振蕩器選用12MHz的高穩(wěn)定無源晶體振蕩器，它與AT89C52中的反向放大器構(gòu)成振蕩器，給CPU提供高穩(wěn)定的時鐘信號。 ADE7755引腳排列及功能在電能計量電路中主要采用電子電能表專用集成芯片ADE7755,： ADE7755實物圖及引腳圖 ADE7755引腳功能引腳號符號說明 1 DVDD數(shù)字電源引腳。5%,該引腳應使用10uF電容并聯(lián)100nF瓷介電容進行去耦。當該引腳輸入高電平時，通道1（電流通道）內(nèi)的HPF被選通，該濾波器所涉及的相位相應在45Hz至1KHz范圍內(nèi)在片內(nèi)已得到補償。 3 AVDD模擬電源引腳。5%，為使電源的紋波和噪聲減小到最低程度，該引腳應使用10uF電容并聯(lián)100nF瓷介電容進行去耦。完全差動輸入方式，正常工作最大信號電平為177。1V。完全差動方式輸入方式，正常工作最大輸入電壓為177。1V。當為低電平時，ADC和數(shù)字電路保持復位狀態(tài)，在ˉRESEF的下降沿，清除ADE7755內(nèi)部寄存器。177。外部基準源可以直接連接到該引腳上。 11AGND這是ADE7755模擬電路（即ADC和基準源）的接地參考點，該引腳應連接到印刷電路板的模擬地面。該引腳的邏輯輸入電平確定CF引腳的輸出頻率。15，16G1，G0這兩個引腳的邏輯輸入用來選擇通道1的增益。作為石英晶體負載的33pF瓷介電容應和振蕩器門電路連接。 20 REVP當檢測到負功率時，即電壓和電流信號的相位差大于90℃時，該引腳輸出邏輯高電平，該輸出沒有被鎖存。即該輸出的邏輯狀態(tài)隨CF輸出脈沖同時變化 ADE7755的特點（1）輸入信號范圍寬。它們帶有內(nèi)部保護電路，從而避免了芯片在持續(xù)過壓、欠壓或靜電放電（ESD）時損壞器件。660mV（峰值），由于電流通道的增益可編程，不同增益時有不同的允許值。1V。470mV012177。60mV1116177。HPF可濾除通道里的漂移信號，以免漂移信號影響乘積