毕业论文(设计) 题目智能电能表的设计
学生姓名郝越
学号20081340029
院系信息与控制学院
专业电气工程与自动化
指导教师唐慧强
二Ｏ一二年五月二十三日
目录
1引言 (1)
2 智能电能表硬件设计 (2)
2.1 单片机及各模块介绍 (2)
2.1.1 前端电路调理模块 (2)
2.1.2 单片机AT89C52模块 (2)
2.1.3 CS5460A模块 (3)
2.2 硬件设计 (9)
2.3 CS5460A测量模块 (10)
2.4 液晶显示模块 (10)
3 智能电能表的软件设计 (11)
3.1 主流程图 (12)
3.2电能表的软件实现 (12)
3.3 CS5460A与单片机的数据交换实现方法 (13)
4 实验验证与结果 (13)
4.1电能表硬件调试 (13)
4.2电能表软件调试 (13)
4.3电能表软硬件联调 (13)
4.4 实验数据和结果 (13)
5 总结 (15)
附录 (18)
智能电能表的设计
郝越
南京信息工程大学信息与控制学院，南京 210044
摘要：电能表在我国的电工仪表行业中拥有最大产量的产品，伴随着电子信息技术的这种高新技术的快速发展，电能表、的主流越来越向着电子式、多功能、高精度、多费率、自动抄表等优势凸显的产品发展。随着智能电能表的不断发展，传统电能表上的机械部件已经逐步消失，取而代之的是以集成电路为核心的电子器件，从计量到数据处理都是智能完成，相信智能电能表将最终将传统电表取而代之。本文设计了一种智能电能表，该电能表主要由硬件设计与软件设计两大部分组成。硬件设计部分由前端电路调理模块，电能表芯片CS5460A模块，单片机AT89C52，显示模块，存储模块等组成。软件设计部分由C语言对其进行软件编程。通过试验检测之后，结果显示，智能电能表的运行状态良好。
关键词：CS5460A,AT89C52,C语言
1引言
1.1电能表的作用
电能表的作用是测量电路中消耗了多少电能，计量每单位消耗的电能值。在我国的电工仪表行业中电能表的产量占据着最大的位置。几年来，国家连续出台了多项与电能表这个行业发展相关的政策以及房地产产业的不断地发展，为电能表需求的上升及保持行业发展的相对稳定起到了一定的保障作用。现在，我国高校学生宿舍基本都是利用限电的方法来控制学校电能的利用,但是在公寓管理的社会化之后,最学上的限电措施反而变成了鼓励学生安全用电。从而对电能表有了更多的要求，例如要具有限制安全功率、限制基本电费、超量收费等功能。在所有的电能表中，数住宅用的电能表要求最高，不仅要求测量准确，多种功能的实现，更要考虑其成本不宜过高。如今随着电子式、多功能、高精度、多费率、自动抄表等的更先进的更多功能的电能表的出现，电能表行业发展的主流将是越来越智能化。
1.2电能表的发展
电能表是专门为了测量电能而发明出来的仪表，发展至今已有一百多年的历史了。电能表的结构与性能随着电力系统及其相关产业的不断发展和电能管理系统的不断完善也同时经历着不断地更新、不断地优化的发展历程，基本分为三个过程：首先是感应式电能表，然后发展为感应系统脉冲电能表，直到现在的电子式电能表。最初的感应式电能表是利用金属在交变磁场内产生了感应电流并形成了磁场力的基本物理原理而制成。接着感应系统脉冲的电能表依然是采用感应式电能表的基本工作原理而做成的，不同的是，其电能脉冲的转换是用光电传感器来完成的，再由静电子电路对其脉冲进行处理，最终完成了测量电能的功能。所谓纯电子式电能表，顾名思义就是采用电子电路来实现对电能的测量，所有的电子式电能表所共同的特点就是均采用了乘法器。
随着越来越现代化的对电能的管理，我们需要了解更多的电能表的信息，我们需要与电能表进行双向通讯。由单片机和微处理器为核心的智能电能表，这种电子式电能表可以完成上述需求。电能计量芯片CS5460A是一种有串行接口的单相双向功率的芯片，由于其功能扩展强大，而且很容易跟配电自动化系统集成。因此，CS5460A可以成为这种智能电能电能表的核心模块。
1.3电能表的发展前景
随着国家电网的不断改造，使电工仪器仪表行业也步入了迅速发展的时代。智能电网是当今全世界电力发展的趋势和目标，当然我国也开始了智能电网的建设。智能电网就是在集成高速的双向通信基础
上，拥有先进的传感与测量技术，先进的设备，先进的控制以及先进的决策支持系统技术的应用。智能电网的目标是实现电网的安全可靠、经济高效和环境友好，其特点是自语、激励、地域攻击，满足用户的电能质量的需求。既然智能电网的是全世界发展的趋势，我国也开始进行大规模的改造，那么与之相匹配的智能电能表的发展前景当然是非常非常乐观的。如今，智能电能表也发展到了高质量、高性能、绿色环保的时代。
2 智能电能表硬件设计
2.1 单片机及各模块介绍
2.1.1 前端电路调理模块
CS5460A中的IIN+,IIN-接分流器的两端，借助RS测量流过负载的电流。选取RS必须保证在最大允许电流负荷之下，其采样电压值不可超过±150MV。CS5460A的VIN+,VIN-接在R1,R2组成的电阻分压器R1的两端，将被测信号电压通过电阻R1，R2的阻值比不同，将其换算到不超过正负150MV的电压范围内，CS5460A的芯片的差模输入端将接受到差模信号的形式。本电路图中取R1=200,R2=500K,得到其变比系数为2500。类似，取RS=110K,将电流以差模电流的形式输入到CS5460A芯片中。如图1所示。
R2 500K R1
200
RS
110K
C1
10n F
N L
9 10 15
16VIN+ VIN+ IIN-
IIN+
图1 前端电路的调理模块
2.1.2 单片机AT89C52模块
AT89C52是一种4K字节闪烁可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位的单片机。在系统可编程具有8K Flash存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器的技术制造而成，与51单片机指令和引脚等完全兼容。单片机的程序存储器可以在系统可编程，也适用于常规的编程器。由8位CPU 和在和其容易编程的系统，使得AT89C52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。本次系统设计中采用的是AT89C52单片机，其引脚及其功能与C51单片机类似，其引脚图如下所示：
P1.0/T21P1.1/T2EX 2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78R ST
9
P3.0/R XD 10P3.1/TX D 11P3.2/INT012P3.3/INT213P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR 16P3.7/R D 17XTA L2
18
XTA L119
GND 20
P2.0/A8
21
P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN 29ALE 30EA 31P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VC C 40U1
ST C 89C 52
图2 AT89C52引脚图
2.1.3 CS5460A 模块
CS5460A 是CRYSTAL 公司推出的带有串行接口的单相双向功率的电能计量集成电路芯片,该芯片比目前较流行的电子电度表芯片如AD7750、AD7755更加容易实现与微处理器的连接。因此，用CS5460A 可以方便地制作单相智能电能表。CS5460A 是一个高度集成的数模转换器，它把两个数模转换单元，一个高速能量计算单元和一个芯片上的串行接口结合起来，他可以用于精确的测量和计算仪器，单相两线或三线电能表的应用程序的能量，瞬时功率，IRMS 和VRMS 。CS5460A 具有低成本分流或变压器测量电流接口，与测量电压的电阻分压器或变压器。该CS5460A 具有双向串行接口与微控制器连接和一个固定宽度的可编程频率输出同样能量。该产品初始化并完全根据电功能，并包括设施系统级控制校准用户程序的。
该CS5460A 旨在从单一经营+5V 电源或双±2.5V 电源供电，提供一个30mVRMS 至150mV 范围通道，并提供一个范围为150mVRMS 电压通道。由于是单供应，CS5460A 适用于一般模式信号。 （1）CS5460A 的内部组成模块如下：
· 一个可编程增益放大器增益为10和50的电流通道； ·一个增益为10电压通道固定增益放大器； ·两个同时采样的AD 模数转换器； ·两个高速的数字滤波器； ·两个可选的高通滤波器； ·一个功率计算的引擎； ·一个片内的电压基准；
·一个可以检测出电量不足或者电源故障的电源监视器； · 一个可以监视串口通讯的看门狗； · 一个可选的内部时钟发生器； · 一个双向串行接口； · 一个电能、脉冲变换器； · 一个校准用SRAM ； 其内部组成模块如图3所示。
图3 CS5460A 的组成模块
（2） CS5460A 的引脚分配及功能
XOUT CPUCLK VD+DGND SCLK SDO CS NC VIN+VIN-VREFOUT VREFIN
VA-
VA+IIN-IIN+PFMON NC RESET INT EOUT EDIR SDI XIN
图4 CS5460A 的引脚图
表1 CS5460A的引脚功能
引脚名称引脚功能
1 XOUT 晶体振荡器的输出
2 CPUCLK：CPU时钟的输出
3 VD+ 数字电路电源的正极
4 DGND 数字地
5 SCLK 串行时钟的输入
6 SDO 串行数据的输出
7 CS 片选
8 NC 空脚
9 VIN+ 差分电压的正输入端
10 VIN- 差分电压的负输入端
11 VREFOUT 参考电压的输出
12 VREFIN 参考电压的输入
13 VA- 模拟地
14 VA+ 模拟电源正极
15 IIN- 差分电流的负输入端
16 IIN+ 差分电流的正输入端
17 PFMON 电源掉电的监视输出
18 NC 空脚
19 RESET 复位的输入
20 INT 中断的输出
21 EOUT 电能脉冲的输出
22 EDIR 功率方向的指示输出
23 SDI：串行数据的输入
24 XIN 晶体振荡器的输入
CS5460A主要的技术指标：
差分电压的输入范围：150mv；
温度系数：＜60ppm/℃；
功率消耗：＜10mW；
电能计量精度：在300∶动态范围以上每秒读取0.1％；
电流测量精度：读数的0.1％；
电压测量精度：读数的0.1％；
瞬时功率测量精度：读数的0.1％。
（3） CS5460A的功能
CS5460A可以在±2.5V或者+5V的双、单电源下工作，CS5460A的电流通道的输入范围为30mVRMS 或者150mVRMS，电压通道的输入范围是150mVRMS。CS5460A可以测量RMS电流和RMS电压，瞬间电流，
瞬间电压，瞬间功率，能量等。以24位有符号或无符号数据形式输出得到测量结果，和满量程的百分比的形式一样。测量开始的信号是接收到一个开始转换命令。在计算周期结束的时候，将会置位状态和屏蔽寄存器的DRDY。
加电后，CS5460A被初始化之后开始工作，CS5460A中的差分放大器把电流通道和电压通道的信号放大之后，CS5460A中的内部模数转换器将模拟信号转换为数字信号，然后高通滤波器将信号中的直流部分去掉，将信号传到能量计算引擎中算出功率及能量值，并存入CS5460A的内部寄存器中，然后通知单片机AT89C52计算结束，由单片机将功率值及能量值取走。
1)中断
管脚用来指示转换器发生了值得注意的事件。这些事件通知系统运行的状态和内部误差状态。通过把状态寄存器与屏蔽寄存器组合产生信号。当状态寄存器的一个位有效，并且屏蔽寄存器相应的位是逻辑1，信号被激活。当状态寄存器的这一位恢复为无效时，中断状态被清除。
2)清除状态寄存器
与其它的寄存器不同，状态寄存器的位只能被清除（设置为逻辑0）。当向状态寄存器写入字时，字中的任何1都可以清除状态寄存器相应的位，其它位保持不变。这可以在不清楚其它位的情况下，清除特定位。这种机制方便了信号交换，并将丢失未处理事件的危险性减到最小。
3)激活状态
激活由配置寄存器的SI1和SI0位控制，管脚可以被置为低电平（缺省），置为高电平，恢复逻辑0（上升沿），或恢复逻辑1（下降沿）。
4)看门狗
看门狗（WDT）提供一种警告系统与微控制器的通讯可能崩溃的手段，通过允许WDT产生中断，微控制器可以从死机状态跳出来。超时被编程为大约5秒。每次能量寄存器被读取，递减计数都重新启动。在典型情况下，每秒能量寄存器都被读取，因此，WDT不会超时。在将看门狗用在其他方面时，必须能够保证能量寄存器至少每5秒读取一次。
CS5460A可以在单+5V电源或双±2.5V电源下运行，电流通道输入范围可为30mVRMS或150mVRMS，电压通道输入范围150mVRMS。CS5460A可以测量瞬间电流，瞬间电压，瞬间功率，能量，RMS电流和RMS电压。测量的结果是以24位有符号或无符号数据形式输出的，同满量程的百分比形式一样。当接收到一个开始转换命令时，测量开始进行。当计算周期结束时，状态和屏蔽寄存器的DRDY被置位。
加电后，该芯片被初始化后开始工作，电流通道和电压通道的信号被片内放大器放大后，通过内部模数转换器转换为数字信号，再通过高通滤波器消除了信号中的直流成分，将之送到能量计算引擎中算出功率和能量值，并存入CS5460A的寄存器中，然后通知CPU计算完毕，由CPU将功率和能量值取走，同时也可输出可编程的输出可编程的输出频率来。
（4）CS5460A寄存器配置
CS5460A内部集成了包括偏置寄存器，增益寄存器，脉冲速率寄存器和参数寄存器等16个寄存器，还集成了串行口发送寄存器，串行口接受寄存器和一个命令解释状态机，用于完成CS5460A的设置，采集数据的存储和串行输入输出的控制，图5为内部寄存器分配图。
图5 内部寄存器分配图
此命令通知状态机，一个寄存器的访问是必需的。在读取地址输到输出缓冲区，由SCLK时钟了。在写数据移入输入缓冲器到第24SCLK的处理登记。W/ R写入/读控制
0 =读寄存器
1 =写入寄存器
注册地址位。二进制编码的0到31。所有寄存器都是24位
地址名称的说明：
00000 配置寄存器；00001电流偏移校准；
00010 电流增益校准；00011 电压偏移校准；
00100电压增益校准；00101数转换整合以上（N）；
00110脉冲率用于校准/规模的能量频率；00111最后电压值；
01000 最后权价值；01001 最后的总能量值；
01011 RMS电流值；01100 RMS电压值；
01101定时基校正；01110内部只使用；
01111状态寄存器；10000保留；
10111保留；11000内部只使用；
11001内部专用；11010中断屏蔽寄存器；
11011内部专用；11100保留；11111保留。
（4） CS5460A的工作过程
CS5460A是对瞬时电流，瞬时电压，瞬时电力，能量，RMS电流和RMS电压的测量。这些测量是以24位有符号和完整规模的无符号数据格式作为输出。
图6 写时序
图7 读时序
寄存器读写命令如下：
图8寄存器读写命令
其中，W／R为0读寄存器，为1写寄存器，RA（0～4）寄存器地址说明如下：
00000：配置寄存器；00001：电流偏移校准；00010：电流增益校准；00011：电压偏移校准；00010：电压增益校准；00101：转换次数；00110：能量；00111：最新电流；01000：最新电压；01001：最新功率；01111：状态寄存器；10000：交流电流偏移寄存器；10001：交流电压偏移寄存器。
CS5460A 实现了对瞬时电压、瞬时电流、瞬时功率的测量, 接着电压通道和电流通道输入信号被送到CS5460A功率计算单元，由输入的瞬时电压值和瞬时电流值计算得到瞬时功率值，同时还可以通过输入的瞬时电压值和瞬时电流值得到电压和电流的有效值。
一个带有发送接收缓冲器的状态机集成在CS5460A中的串行接口部分欧诺个集成了，8位命令字被状态机在SCLK上升沿解释。接着解码命令，状态机将执行相应的操作，或者，为把寻址的内部寄存器的数据传送到发送缓冲区，写操作在数据传输前要等24个SCLK周期。通过寄存器读／写命令，数据可被写入或从CS5460AA中读出，图6、图7为读、写时序。数据的读、写通过向串口SDI引脚写入相应
的8位命令字（高位在前）来启动。由于一些命令字在执行时被周期计数寄存器和配置寄存器内容所影响，需要先正确设置周期计数器和配置寄存器的内容。寄存器写指令后一定得跟24位数据，首先写操作使命令字启动，然后随着连续的24个串行时钟脉冲，CS5460A 接收串行数据将从串行输入引脚SDI 得到，收到数据之后，状态机就把数据写入到配置寄存器中并返回命令模式中。在8位的边界上寄存器读指令可以被终止。通过SDI 引脚写入命令之后，可从SDO 引脚将数据读出。
从电压有效值寄存器、电流有效值寄存器中可直接读取电压、电流有效值。但是由于计算的周期设定为1s, 有功功率值电能就是寄存器中的电能值,所以电能寄存器可以直接读出有功功率值。功率因数可由公式COS φ=P/(UI)得出。
频率的测量的方法就是把循环计数寄存器的N 值改变为1,此时电压、电流瞬时值的数据刷新率是4000Hz 。而频率测量的具体的方法就是：由一个过零函数来记录电压信号正向过零次数, 并将读取数据次数同时记下,若取10个周期的平均时间为实际测量的周期时间,那么在第11次的正向过零的时侯,把每个周期内读取数据次数算出来,且将250μ默认为两次读取数据的时间差,即可算出频率。
2.2 硬件设计
系统整体的方框图如图9所示：
图9 系统整体方框图
整体的电路原理图如图10所示：
信
号
前 端 调 理
测 量
显 示
S2SW-PB
S3SW-PB S4SW-PB S5SW-PB R2110K
R2210K R2310K R24
10K EA/VP 31
X119X218
RESET
9
RD 17WR 16
INT012INT113T014T115P10/T 1P11/T 2P123P134P145P156P167P178
P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN
29ALE/P 30TXD 11RXD 10VCC 40GND 20
U1
AT89S52
P10P11P12P13P14P15P16P17
P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27
RST
RXD
TXD INT0
INT1T0
T1RD WR
VCC
ALE PSEN
VCC
XTAL1XTAL2Y2
11.0592MHz
C14
30p
C15
30p
C7
CAP
R13RES2
S1SW-PB
VCC
RST
1
62738495J2DB9
12J0AC IN
N L
T1
TRANS1
1
2
3
4
D1
BRIDGE1
+C3
1000u F
C40.1u F
Vin 1
G N D
2
Vo ut
3
U2
VOLTREG +C5
100u F
C60.1u F
R5470D2RES2
12J15V OUT
VCC GND
CT
2mA/2mA
R266
R31K
R41K
R71K
R101K C1103
C8103
C2103
R1110K
CT
5A/2.5mA
R666
R81K
R111K
R91K
R121K
C9103
C10103
C11103
N L VIN+
VIN-
IIN+
IIN-XOUT 1CPUCLK 2VD+3
DGND 4SCLK 5SDO 6
CS 7NC 8VIN+9VIN-10
VREFOUT 11REFIN 12
VA-13
VA+14IIN-15IIN+16PFMON
17NC 18RESET
19INT 20EOUT 21EDIR 22SDI 23XIN 24U3
CS5460
Y1
4.096M
P10P14P15IN1P13
IN+IN-VCC
C13
104
VCC P11P12VIN+VIN-C12CAP
1234JP1
4 HEADER
VCC
GND
R1 IN 13
R1 OUT 12R2 IN 8R2 OUT 9
T1 IN 11
T1 OUT 14T2 IN 10T2 OUT
7C1+1C2+4C1-3
C2-
5V +2V -6V C
C 1
6G N D
15
JP2
MAX232
+C171uF
C20
CAP
+C18
1uF
C19
CAP
+C161uF
VCC
DB9-2DB9-3RXT TXD V ++
D B9-2
D B9-3
P 24
P 25P 26
P 27
12345678910111213141516J2
1602液晶
R1
10K P00P01P02P03P04P05P06P07
P25P26P27+5V
图10 整体电路原理图
2.3 CS5460A 测量模块
经调理电路的调理的电压信号，电流信号通过IIN+,IIN-,VIN+,VIN-接口送入电能表芯片CS5460A ，芯片被初始化后开始工作，电流电压通道的采样信号被片内放大器放大，经内部模数转换器转换为数字信号，在通过高通滤波器消除直流分量，并由计算引擎计算出瞬时功率，在此过程中也可以算出瞬时电压，瞬时电流，根据采样频率的设定值可以计算出电能值，电流有效值，电压有效值，并将其存入相应的寄存器中，然后将单片机与其相连，从而将芯片寄存器中的电能值，电压有效值，电流有效值读出，并送于液晶显示。
单片机与CS5460A 的连接图如图11所示： EA/VP 31X119X218
RESET
9
RD 17WR 16
INT012INT113T014T115P10/T 1P11/T 2P123P134P145P156P167P178
P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN
29ALE/P 30TXD 11RXD 10VCC 40GND 20
U1
AT89S52
P10P11P12P13P14P15P16P17
P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27
RST
RXD TXD INT0
INT1T0T1RD WR
VCC
ALE PSEN
VCC
XTAL1XTAL2Y2
11.0592MHz
C14
30p
C15
30p
C7
CAP
S1SW-PB
RST
XOUT 1
CPUCLK 2VD+3
DGND 4SCLK 5SDO 6
CS 7NC 8VIN+9VIN-10
VREFOUT 11REFIN 12
VA-13
VA+14IIN-15IIN+16PFMON
17NC 18RESET
19INT 20EOUT 21EDIR 22SDI 23XIN 24U3
CS5460
Y1
4.096M
P10P14P15IN1P13
IN+IN-VCC
C13
104
VCC P11P12VIN+VIN-VCC
图11 单片机AT89C52与CS5460A 的连接图
2.4 液晶显示模块
由于本设计显示的参数较多，故显示部分专门显示字母、数字、符号等点阵式的1602字符型液晶。
1602字符型液晶显示模块目前常用16*1，16*2，20*2，40*2等等种类。本次设计需要用的类型是16*1的即可。如图12所示 1602字符型液晶显示器的实物图。
图12 LCD 硬件图
LCD1602与单片机AT89C52及外围电路组成了智能电能表的液晶显示模块。该模块的主要功能
是将测量出的电能的结果显示在LCD1602上。其电路连接图如图13所示。
EA/VP 31
X119
X218RESET
9
RD 17WR 16
INT012INT113T014T115P10/T 1P11/T 2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN
29ALE/P 30TXD 11RXD 10VCC 40GND 20
U1
AT89S52
P10
P11P12P13P14P15P16P17P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27
RST
RXD TXD INT0INT1T0T1RD WR VCC
ALE PSEN
VCC
XTAL1XTAL212345678910111213141516J2
1602液晶
R1
10K
P00P01P02P03P04P05P06P07
P25P26P27+5V
图13 单片机与液晶模块连接图
3 智能电能表的软件设计
在智能电能表的设计中，软件设计的重要性与硬件设计同样设计。系统的硬件设计确定之后，系统如何完成如何实现功能还要靠软件设计来实现。而且系统的软件设计的成功与否很大程度上决定了系统的性能。因为本次系统设计中虽然采用AT89C52单片机，但鉴于其二者引脚功能基本一致，故任采用51的编程方法即可。
当系统规模较大时，设计人员都趋于采用C 语言，这是因为C 语言具有良好的可读性、易维护性、可移植性和硬件操作能力。因为采用的是51单片机的应用系统的程序开发，变量的存储单元的分配编译器能够自动完成，只需专注于对程序的编程即可，不需要进行其他考虑。51单片机的C 语言程序可以对常用的接口芯片编写通用的驱动函数，对常用的功能模块和算法编写相应的函数，可以方便地进行信号处理算法和程序的移植等等。
目前，51单片机的程序代码的长度已经达到了汇编程度水平的1.2倍到1.5倍。当程序代码长度超过4KB 以上时，51单片机C 语言比其他汇编语言具有较为明显的优势。另外，C 语言还可以借助于程序仿真器，对应用程序的关键代码进一步进行优化，修改代码错误，减少代码的长度，提高运行的速度等。同时，由于单片机生产工艺的发展，单片机的运行速度和内部存储器容量都有了较大的提高，这些都为C51应用程序的应用创造了更为有利的条件。
3.1 主流程图
为了实现电能表的功能, AT89C52的INTO 接到CS5460A 的INT 端，则当有中断申请的时侯，通过读取内部状态寄存器，以获得CS5460A 的工作情况，经判断后再执行相应的处理程序。系统的软件设计的流程图如图11所示。
图14 智能电能表的软件设计流程图
3.2电能表的软件实现
智能电能表软件的实现是根据系统的硬件电路设计，智能电能表的工作过程可以分为以下两部分： （1）当CS5460A 为输出电能脉冲与方向脉冲以及中短脉冲的时候，单片机AT89C52会循环执行清看门狗程序，读CS5460A 的电流瞬时寄存器和电压瞬时寄存器的值以判断是否该过电流或过电压或欠压断电
否
开 始
AT89C52初始化
CS5460初始化
关定时器T2，开中断
存储器测
试
数据处理
显示数据
保护。完成上述的功能之后，程序会随时准备接受外部中断INTO和INTI，每循环一次程序就查询一次按键开关的状态，根据所按的开关执行相应的程序。
（2）当CS5460A的电能输出引脚（EOUT）与电能方向指示器引脚（EDIR）输出脉冲的时候，单片机相应外部进行电量累加的计算。将结果存放到扩展的数据存储期内，然后退出终端服务程序进入过程（1）。并将信号输出到LCD1602上，以显示电能值。
3.3 芯片CS5460A与单片机AT89C52的数据交换实现方法
在CS5460A的串行口上有一个包括接收与发送缓冲区的命令解释状态机。该状态机在串行时钟上升沿解释8位的命令字，状态机在解释完命令之后立即执行外部微控制器请求的命令，后置位寄存器的数据传输做准备。当一个写操作到执行一个发送之前的24个串行时钟完成时，需要一个内部寄存器把读数据请求传送到发送缓冲区。系统一旦上电，CS5460A就被初始化并处于有效造作状态。系统商店后，设备就等待接受有效的命令。状态机接受并解码一个有效命令字都是一个字节。写到寄存器的命令必须紧跟1、2或3字节的数据。其主要包括启动转换命令、掉电命令、校准命令、寄存器读/写命令。对CS5460A的寄存器的访问都是通过SPI串行口进行的。可以看出，数据传送的初始化是通过在数据传输之间向串行口（SDI引脚）按高位在先的方式再发送一个8位的命令字实现的。当命令字包括了一个写操作时，串行口将在SDI引脚继续为紧接的8、16或24个串行时钟周期按高位在先的原则传送寄存器的各位数字。通知寄存器写的命令字必须紧跟8、16或24位数据。在读寄存器的数据时AT89S52可以发送一个新的命令。串行口一旦接收到新的命令，他就立即执行并可能结束前一个寄存器读。在电能表中当单片机AT89C52需要读取CS5460A的寄存器获取瞬时电流、瞬时电压、瞬时功率，设置CS5460A 的寄存器的值时，都是都过调用程序来实现的。
4 实验验证与结果
根据智能电能表的设计，我将智能电能表制作了出来。然后对智能电能表实物进行调试，其测试过程共分为三大部分：智能电能表的硬件调试、智能电能表的软件调试和智能电能表的软硬件联调。
4.1智能电能表硬件调试
硬件调试，即首先查看各硬件各模块的电路连线是否与电路图一样，再用万用表检测是否有短路，器件的规格、极性是否有误。检查完毕之后，再用万用表测量一下电路板正负电源端之间的电阻，排除电源短路的可能性。电路按模块调试，各个模块逐个调试后，再进行联调。单片机软件先在最小系统板上调试，确保外部电路正常工作后，再与硬件系统联调。
4.2智能电能表软件调试
系统的软件调试是以单片机AT89C52为核心模块的使用而变得比较容易，keilc软件开发环境，能判断语法差错和逻辑差错，在判断程序无误之后，可以直接下载到单片机中进行调试。
4.3智能电能表软硬件联调
系统的软硬件联调需要在硬件与软件都调通的情况下才能进行。按照由上向下，模块化设计的理念对模块逐个调试：首先，调通液晶显示模块，接着给芯片CS5460A的电压通道和电流通道通入满量程信号，根据液晶显示对芯片内的校准寄存器进行设置，进而对测量进行校准调试。调好后，即该芯片能正常工作后，再通以交流电进行进一步的校准调试。等模块逐一调通后，再进行联调。再连接成一个完整的系统调试。
4.4 实验数据和结果
在完成了上述三项调试之后，可以对智能电能表进行检验，检验其精度。检验的方法有很多，可
以将智能电能表直接接在电器上，利用其说明书里的额定功率，记录其时间，再经过计算获得其消耗的电能与智能电能表上的数据进行对比，算出误差。不过上述方法虽然比较简单，但是准确度却不好。所以我选择使用了精度较高的多功能电测检查装置来直接对我做出的智能电能表进行数据误差的分析。详细结果如表2所示。
表2电能表测试数据(cosφ= 0. 5)
电流U（V）I（A）P（W）
2A 实际表220.276 220.276 440.882 标准表220.263 2.00189 440.934 误差0.0953% 0.03447% 0.0423%
4A 实际表220.284 4. 0074 885.22
标准表220.268 4. 01001 885.61
误差0.00726 % 0. 06509 % 0.04426 %
6A 实际表220.273 6. 0064 1225.768 标准表220.263 6. 008 1226.000 误差0.00454 % 0. 02663 % 0. 01750 %
8A 实际表220.278 8. 0102 1766.382 标准表220.271 8. 0104 1766.96
误差0.00318 % 0. 00250 % 0. 03271 %
10A 实际表220. 281 10. 0099 2206.504 标准表220. 269 10. 0095 2206.92
误差0. 00545 % 0. 00400 % 0. 01885 %
图14 智能电能表的实物图
5 总结
本论文所研究的单相电能表的设计就是其实是属于一个基于单片机的应用。本系统以AT89C52单片机和电能计量芯片CS5460A为核心，利用液晶LCD1602显示出被测电能。能实现对电能的计算，主要依靠CS5460A，其具有成本低，精度高，调教简单，与微处理器接口方便等优点。利用该芯片及外围电路可以实现信号的模拟数字信号的转换和功率计算，并通过单片机的程序设置很好的完成了数据的累加，从而计算得到总的能量。本系统有两个主要模块组成:第一个是数据采样及功率的计算，主要由芯片CS5460A和外围电路组成。外围电路的作用就是将输入电压信号转换为CS5460A可以接受的小电压信号。CS5460A则完成电压信号的采样及功率计算，并将结果通过串行接口输入给单片机。第二个是结果显示
模块，它主要由单片机及LCD1602及外围电路组成。该模块将第一个模块得到的结果显示到LCD1602
上，并存入存储器内，同时累计得到电能，再乘以相应的比例系数则可以得到所测的真实值。在电能表硬件部分设计好的同时，在软件方面，用C语言对电能表的各个模块以及主程序进行编程，从理论上基本能实现电能表的设计要求即测出电能，在设计过程中通过各种方法的搜索资料，也让我学到了不少的搜索方法，并且也大致了解了在做设计中的思路以及研究方向，同时也学到了不少知识，更加深刻地领会到做一项设计要具备持之以恒，要有严谨的设计思路。在自己动手的过程中更是培养了自己的动手能力。
参考文献
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附录
1 CS5460A程序的设置与读写
（1）CS5460A的设置和启动
步骤：
复位CS546，对CS5460A的复位脚发复位脉冲，脉冲不少于10MS。
写同步控制命令字。
从外部存储器读原来保存的校准值，并将读出的值写入相应的校准寄存器。
写控制寄存器，设置各寄存器参数。
清状态寄存器。
启动CS5460AA开始转换。
读CS5460AA的AD转换值或计算结果。
（2）读写CS5460A
步骤：
读能量寄存器。
读电流有效值寄存器。
读电压有效值寄存器。
读状态寄存器，回写状态寄存器。
设置中断。
写CS5460A
void wr5460(uchar command,uchar wh_byte,uchar wm_byte,uchar wl_byte) {
CS=0;
wr5460byte(command);
wr5460byte(wh_byte);
wr5460byte(wm_byte);
wr5460byte(wl_byte);
CS=1;
}
写CS5460A一个字节
void wr5460byte(uchar wrbyte)
{
uchar i;
for (i=0;i<8;i++)
{
SCLK=0;
if((wrbyte & 0x80) == 0x80)
SDI=1;
else
SDI=0;
wrbyte=wrbyte << 1;
SCLK=1;
智能电能表采集失败的原因和处理措施 社会经济对电力有更高的需求，智能电能表也遭受史无空前的关注。作为用电设备的基本部分，智能电能表除了可以对设备产生的电能消耗进行计量外，还是采集用电信息和数据传输的重要节点。本文简单介绍了智能电能表的原理和特征，分析了智能电能表在电网中的具体应用和运行维护，希望提升对智能电能表总体的管控水平，发挥智能电能表技术的最大功效。 标签：智能电能表;采集失败;原因;处理措施 1智能电能表的原理及特点 1.1智能电能表原理 电子式智能电能表，参照和结合了电子式电能表的相关原理。作为近年研发的高科技产品，其核心部件为电子元器件。基本原理：采集电压以及电流在不同时段的数据，借助集成电路来搜集电压，并对不同电流信号进行处理，将它们更改为合适的脈冲输出。利用单片机进行集中处理，将脉冲转变成用电量后再予以输出。 1.2智能电能表特点 1.功耗，智能电能表搭载了优质的电子元件，表的功耗基本上都在0.6w～0.7w。有些集中式电能表，其到户功率并不是很大。一个感应式电能表，它的功耗已经低到1.7w。 2.精度，显示误差上，2.0级电子式电能基本上是5%～400%，误差结果不超过±2%。现行选择的均为1.0级，其误差相对更小。 3.过载、工频范围，过载倍数上，本文提及的智能电能表可以达到6～8倍，它的量程明显够宽。如果一只表倍率达到8～10倍，用户也会更为喜欢，有些还将接近20倍。考虑到它的工作频率非常宽，达到40HZ～1000HZ。针对那些感应式电能表，过载倍数同样接近于4倍，频率则基本上只有45～55HZ。 4.功能，智能电能表选取了电子技术，根据通信协议能够和计算机之间完成联网。利用编程软件，控制应用硬件。故而，智能电表的体积并不是很大，允许远传控制（抄表也可以是断送电）、对恶性负载进行辨识、预先付费，也可以反窃电。同时，用户也可以修改软件参数，适应基本的控制需求。上述功能，从前的感应式电能表根本没有办法实现。 2智能电能表在电网中的具体应用 2.1计量电能功能 通常而言，电能表首要的功能在于电能计量。和人类平时选择的传统电表不同，我们这里的智能电能表不仅能够计量电能，还能够自由编程、自动存储和带记忆等多项不同的功能，控制电能质量，也可以对店家费率进行自如转换。
四川理工学院 课程设计书 学院计算机学院 专业物联网工程20121班 课程无线传感器网络 题目现代小区智能电表课程设计 教师符长友 学生胥玉环刘依粒胡伟杰宋治桦设计时间：2014年7月5日至2017年7月11日
前言 近年来，在低碳经济、绿色节能及可持续发展思想的推动下，如何进一步提高电网效率，积极应对环境挑战，提高供电可靠性和电能质量，完善电力用户服务，适应更加开放的能源及电力市场化环境需要，对未来电网的发展提出了更高的要求。智能电网的概念应运而生并成为全球电力行业共同研究和探讨的热点，支撑中国乃至全球智能电网的将是通信技术、信息处理技术和控制技术。智能电表作为智能电网建设的重要基础装备，加快智能电表产业链整合，促进其产业化，对于电网实现信息化、自动化和互动化具有支撑作用。基于以上分析，本文研究旨在基于AT89C51单片机的智能电表的设计。 本次设计基于单片机AT89C51是以微处理器或微控制器芯片为核心的可以存储大量的测量信息并具有对测量结果进行实时分析、综合和做出各种判断能力的仪器。一般具有自动测量功能，强大的数据处理能力，进行自动调零和单位换算功能，能进行简单的故障提示，具有操作面板和显示器，有简单的报警功能。 本文主要包括以下三个方面的工作： (1)智能电表的设计背景、优点及发展现状 本文首先分析智能电表的设计背景，其次讨论智能电表的优点及相关的应用。 (2)智能电表的硬件和软件实现 分析智能电表应该具备的功能，给出该仪表的总体设计框图；详细讨论了该电路的核心芯片选取、数据采集电路的设计、通信电路及输入输出系统的实现并给出了核心芯片．AT89C51的详细参数；使用结构化程序设计手段，利用单片机C语言程序实现按键的扫描并处理程序、数据的采集及后续的算法程序、红外或RS485通信方式的自动抄表程序、CPU卡的读写操作程序以及段式LCD的显示驱动程序。 (3)设计的结论分析、不足及未来的展望 阐述了设计的测试结果并对结论进行了分析，给出了设计中的不足之处，并提出了将来的修改意见及改进之处，对智能电表的未来进行展望。
学号： 密级： 本科毕业论文 基于单片机的数字电能表设计 院系名称： 专业名称：电气工程及其自动化 学生姓名： 指导老师：
郑重声明 本人呈交的学位论文是由本人在导师的精心指导下，独立学习、研究、设计出来的成果，论文中的所有文字、数据、图片资料、表格真实可靠，都由本人亲自撰写。据本人所知，论文中除文中已经注明引用的内容外，不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，都已经在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。 本人签名：
日期：
摘要 随着电力需求的急骤上升，电能表作为计量电量的主要工具，设计出功能 更多、准确度更高的电能表对于节约用电有极其重要的意义。本文采用单片机作为主控芯片，该电能表具有精度高、准确等优点，有很好的实用开发价值。 数字电能表的诞生打破了传统电子测量仪器的模式和格局。它显示清晰直观、读数准确，采用了先进的数显技术，大大地减少了因人为因素所造成的测量误差事件。数字电能表是把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式，并加以显示的仪表。数字电能表把电子技术、计算技术、自动化技术的成果与精密电测量技术密切的结合在一起，成为仪器、仪表领域中独立而完整的一个分支，数字电能表标志着电子仪器领域的一场革命，也开创了现代电子测量技术的先河。 本设计以单片机为开发平台，控制系统采用AT89C51单片机，A/D转换采用ADC0832。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便进行8路其它A/D转换量的测量、远程测量结果传送等扩展功能。简易数字电能测量电路由A/D转换、数据处理、显示控制等组成。 关键词：数字电能表；AT89C51；硬件合成
学生公寓智能电能表管理系统方案 目录 二、智能用电预付费系统介绍...................................... 2.1智能用电预付费系统优点 .................................. 2.2 系统功能详解............................................ 2.3系统具体模式设计 ........................................ 2.4单相智能电能表介绍 ...................................... 2.4.1单相智能电能表概述 ................................. 2.4.2单相智能电能表功能及特点 ........................... 2.4.3单相智能电能表主要技术参数 ......................... 2.4.4单相智能电能表工作原理 ............................. 2.4.5抄表说明 ........................................... 2.4.6单相智能电能表安装与接线示意图 ..................... 2.4.7单相智能电能表的贮存和保证期限 ..................... 2.5三相智能电能表概述 ...................................... 2.5.1三相智能电能表功能及特点 ........................... 2.5.2三相智能电能表主要技术参数 ......................... 2.5.3三相智能电能表工作原理 ............................. 2.5.4抄表说明 ........................................... 2.5.5三相智能电能表安装与接线示意图 ..................... 2.5.6智能电能表的贮存和保证期限 ......................... 3.1微信服务平台的开发背景及好处 (28)
智能电表制造数据采集系统的原理及设计 今天为大家介绍一项国家发明授权专利——智能电表制造数据采集系统。该专利由灏翰创科有限公司申请，并于2017年12月26日获得授权公告。 内容说明本发明涉及电表生产管理领域技术，尤其是指一种智能电表制造数据采集系统。发明背景随着物联网技术的发展，二维码技术在产品流通过程中对产品的跟踪管理覆盖面也越来越广泛，但是目前的技术仍然存在不足之处：企业的各个部门通常只对独自掌控范围的产品进行流通跟踪，只要产品脱离相关负责部门的掌控范围，流通到市场，甚至是消费者手中，企业对该产品的去向便一无所知，消费者对该产品的整个生产制作、维修、测试数据也一无所知，并且在产品的售后管理上普遍存找维修人员困难、维修周期长等问题。在智能电表制造生产的过程也是如此，因此，创建一个能够有效地管理智能电表制造的平台，使零配件从设计、安装调试、出入库、销售到维修等阶段的相关信息都能够进行跟踪和追溯，较好地满足企业对工业制造的运营和管理。通过发明和建立这样一个平台，对于企业的提升和整个装备制造业的稳定发展都将有着异常积极的意义。 发明内容本发明针对现有技术存在的缺失，提供一种智能电表制造数据采集系统，用于物料追溯，电表质量数据查询，客户服务，并为电表设计持续改进提供数据库。 为实现上述目的，本发明采用如下技术解决方案：一种智能电表制造数据采集系统，包括云服务器、ERP系统服务器和智能电表生产制作过程的多台PCB终端机，ERP系统服务器及各台PC终端机均与云服务器连接形成广域网通讯，ERP系统服务器与各台PC终端机连接形成局域网通讯；多台PCB终端机包括制造工单管理PC终端；物料发料管理PC 终端，其配备有标签打印机和物料批号扫描枪；电表系列号管理PC终端，其配备有电表铭牌和二维码打印机；应用于不同检测工序的多台电表测试PC终端，各台电表测试PC 终端均配备有各自的测试设备和检测工位二维码扫描枪；电表计量校准PC终端，其配备有计量校准用的测试设备和计量校准工位二维码扫描枪；电表包装PC终端，其配备有包装工位二维码扫描枪；电表修理数据管理PC终端，其配备有修理工位二维码扫描枪。
四川省电力公司 智能电能表及用电信息采集装置安装 典型设计 第1章概述 1.1 目的和意义 1.2 主要原则 坚持效益与节约相结合的原则。要兼顾技术性和经济性，注重推广应用典型设计的安全效益、社会效益，又要注重经济效益，节约投资成本，便于集中招标采购，防止过分追求高配置。 坚持实用性与先进性相结合的原则。要采用成熟的技术和可靠的设备，确保设计方案的实用性，同时又要推广应用新技术，鼓励设计创新，确保设计方案的前瞻性。 坚持普通性与典型性相结合的原则。既要综合考虑不同地区的实际情况，面对不同规模、不同形式、不同外部条件，在公司系统中具有广泛的适用性；又要保证方案具有一定的代表性和典型性，能够指导公司系统的设计和建设。 坚持统一性与灵活性相结合的原则。既要保证设计标准统一，生产标准统一，又要保证模块划分合理，接口灵活，组合方案多样，增减方便，便于使用。 1.3 设计依据 GBl208－2006 电流互感器 GB 3906－20063.6—40.5kV 交流金属封闭开关设备和控制设备 GB7251.1－2005 低压成套开关设备和控制设备第一部分；型式试验和部分型式试验成套设备 GB 7251.3－2006 低压成套开关设备和控制设备第三部分：对非专业人
员可进入现场的低压成套开关设备和控制设备一配电板的特殊要求GB/T7267－2003 电力系统二次回路控制、计量屏及柜基本尺寸系列 GBl0963.1－2005 家用及类似场所用过电流保护断路器第1部分：用于交流的断路器 GB/T 14048.2－2001 低压开关设备和控制设备低压断路器 GB/T 14048.3－2002 低压开关设备和控制设备第3部分；开关、隔离器、隔离开关及熔断器组合电器 GB/T 16936 电能计量柜 GB/T17201－2007 组合互感器 GB/T17215.321－2008 交流电测量设备特殊要求第21部分；静止式有功电能表(1级和2级) GB/T17215.322－2008 交流电测量设备特殊要求第X部分；静止式有功电能表(0．2S级和0．5S级) GB/T17215.323－2008 交流电测量设备特殊要求第23部分：静止式无功电能表(2级和3级) GB 50058－1992 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 DL/T448－2000 电能计量装置技术管理规程 DL/T614－2007 多功能电能表 DL/T645－2007 多功能电能表通信协议 DL/T698.31 用电信息采集与管理系统用电信息采集终端通用要求 DL/T698.32 用电信息采集与管理系统厂站终端特殊要求 D12T698.33 用电信息采集与管理系统专变采集终端特殊要求 DL/T698.34 用电信息采集与管理系统公变采集终端特殊要求 DL/T698.35 用电信息采集与管理系统低压集抄终端特殊要求 DL/T825－2002 电能计量装置安装接线规则 JB/T 5777.2－2002 电力系统二次回路控制及计量屏(柜、台)通用技术条件JGJ l6－2008 民用建筑电气设计规范 JJG 1021－2007 电力互感器 GB 4208－1993 外壳防护等级（IP代码）
电量测量仪表的设计与 实现本科毕业设计 Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
电量测量仪表的设计与实现 摘要 随着电力系统的快速发展,电网容量不断增大,结构日趋复杂,电力系统中实时监控,调度的自动化显得尤为重要,而电力参数的数据采集又是实现自动化的重要环节,如何快速准确地采集系统中各元件的电参数(电压,电流, 功率,功率因数等)是实现电力系统自动化的一个重要因素。 本文介绍了一种三相多功能电量测量系统设计方案。该方案以AT89C51单片机为处理器，利用多功能芯片ADE7878对交流信号采样和计算，可实时测量并显示三相电压、三相电流、功率及功率因数，具体描述了ADE7878芯片的性能和内部工作原理，着重介绍了系统的软件设计。 关键词：单片机电量测量 ADE7878 DESIGN AND IMPLEMENTATION OF ELECTRICITY MEASURING INSTRUMENTS Abstract With the rapid development of power system, power grid capacity is increasing, and the structure is becoming more complex, real-time monitoring and scheduling of power system automation is particularly important, and the date acquisition of power parameters is an important part of automated, how to quickly and accurately capture the electrical parameters (voltage, current, power, power factor, etc) of various components of the system is an important factor for power system automation. This article describes the design of a multifunctional three-phase power measurement system. the program use the AT89C52 microcontroller as the processor, and use the multi-functional chip ADE7878 to sampling and calculation the AC signal, it can real-time measurement and display the three-phase voltage, three-phase current, power and power factor. Specifically describes the performance and the internal working principle of ADE7878 chip, focuses on the software design of the system. KEY WORDS microcontroller measurement of electricity ADE7878
一、AT28DP-1H单相导轨式智能电能表 1.产品特点 采用微电子技术和SMT表面焊接工艺,采用专用集成计量芯片,能精确计量正负两方向的有功电能，且以同一方向累计，具有防窃电功能; 具有RS485通讯接口,可选择Modbus通讯协议和DLT645通讯协议；该智能电能表也可作为单相多功能电能表使用，具有体积小巧、精度高、可靠性好、安装方便等优点。 AT28DP-1H-C含大容量磁保持继电器，具有控制断送电功能，远程预付费、恶意负载识别功能（电脑和空调正常使用，热得快、电炉等自动禁止使用）等。 2.主要技术参数 2.1 准确度：0.5级； 2.2 标定电流：单相1.5(6)A, 2.5(10)A ，5(20)A, 10(40)A, 15(60)A, 20(80)A； 2.3 标称电压: AC220V; 2.4 功耗：≤1W；显示方式：8位液晶显示; 2.5 工作电压围：AC160-265V； 2.6 启动电流：互感器接入式0.2％Ib和直接接入式0.4％Ib; 2.7工频对地耐压值: 2kV/1min; 2.8工作温度和湿度围: -25～55℃, <90%(无凝露); 2.9电压为1.9Un,通电4小时电表不损坏; 2.10带有现场校验电表准确度的无源光电脉冲接口; 2.11产品执行GB/T 17215.321-2008和JJG596-1999 电子式电能表检定
规程； 2.12选择单相多功能时，通过“▲”和“▼”按键还可查看电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数等电参数(可选功能); 2.13 一次电流80A 及以下直接接入, 80A 以上通过电流互感器接入 ; 2.14 通过电表的一次线截面积≤35mm 2。 3. 外形尺寸 4. 接线图 AT28DP-1H单相智能电表 通讯脉冲 SET A+B-P+P- 1234 L N L' N'
第一章智能电能表概述 1.1智能电能表的概念 智能电能表是以微处理器或微控制器芯片(如单片机)为核心的可以存储大量的测量信息并具有对测量结果进行实时分析、综合和做出各种判断能力的仪器。智能电能表一般具有自动测量功能，强大的数据处理能力，进行自动调零和单位换算功能，能进行简单的故障提示，具有操作面板和显示器，有简单的报警功能。 1.2智能电能表的典型结构 从结构上来说，智能电能表是一个专用的微型计算机系统，它主要由硬件和软件两部分组成。硬件部分主要包括信号的输入通道，微控制器或微控制器及其外围电路、标准通信接口、人机交换通道，输出通道。输入通道和输出通道用来输入输出模拟量信号和数字量信号，它们通常由传感器元件、信号调理电路、A/D转换器、D/A转换器等组成。微控制器及其外围电路用来存储程序、数据并进行一系列的运算和处理，通常包括程序存储器、数据存储器、输入输出接口电路等组成。人机交换通道是人与仪器相互沟通的主要渠道，它主要由键盘、数码拨盘、打印机、显示器等组成。标准通信接口电路用于实现仪器与计算机的联系，以使仪器可以接受计算机的程控指令，目前用于智能电能表的通信接口主要有GPIB、RS-232C等。智能电能表的软件部分主要包括监控程序和接口管理程序两部分。其中监控程序面向仪器面板键盘和显示器，通过键盘操作输入并存储所设置的功能、操作方式与工作参数;通过控制工/0接口电路进行数据采集，对数据进行预定的设置;对数据存储器所记录的数据和状态进行各种处理;以数字、字符、图形等形式显示各种状态信息以及测量数据的处理结果。接口管理程序主要面向通信接口，其内容是接受并分析来自通信接口总线的各种有关功能、操作方式与工作参数的程控操作码，并通过通信接口输出仪器的现行工作状态及测量数据的处理结果，以响应计算机的远控命令。 1.3智能电能表的主要特点 与传统电能表相比，智能电能表具有以下几个主要特点: ①测量精度高，可以利用微处理器执行指令的快速性和A/D转换的时间短等特点对被测量进行多次测量，然后求其平均值，就可以排除一些偶然的误差与干扰，还可以通过数字滤波，剔除粗大误差和随机误差的方法提高测量精度; ②能够进行间接测量，智能电能表可以利用内含的微处理器通过测量几种容易测量的参数，间接地求出某种难以测量的参数; ③能够自动校准，智能电能表在使用前进行自动校准，在测量过程中进行校准，从而减少误差; ④具有自动修正误差的能力; ⑤具有自诊断的能力，智能电能表若发生了故障，可以自检出来，仪器本身还能协助诊断发生故障的根源; ⑥能够实现复杂的控制功能; ⑦允许灵活地改变仪器的功能; ⑧智能电能表一般都配有GPIB或RS232等接口，使智能电能表具有可程控操作的能力。从而可以很方便地与计算机和其他仪器组成用户需要的多种功能的自动测量系统，来完成更复杂的测试任务。 第二章智能电能表的设计方法
毕业设计 设计题目单相电能表的设计与实现 学生姓名 学号 专业班级 指导教师 院系名称计算机与信息学院
2015 年月日 目录No table of contents entries found. 单相电能表的设计与实现 摘要：随着我国近年来经济技术的快速发展，企业和居民对电能的需求越来越大。但是传统的机械式电表计费单一、计量误差较大、寿命较短，已经不 足以满足人们的需求，所以开发一款寿命长、计量精准的多功能电子式电 能表就成为一种必然趋势。 本文主要是基于芯片ADE7755设计的一种针对于普通家庭用户使用的电子式单相电能表。该设计采用高精度电能计量芯片ADE7755来计量用电量，并使用51单片机来控制整个电路。通过电流、电压的信号采集，数模转换，功率计算，带掉电存储和显示等硬件设计，并结合软件编程实现了电能表的正常工作。本文主要介绍了电能表的工作原理，电能计量模块，显示模块，数据存储模块，以及软件设计模块。所设计的数字化单相电能表具有成本低廉、结构简单、性能可靠、计量精准等优点，具有一定的实用价值和推广价值。 关键词：ADE7755；电能表；单片机
Design and implementation of single-phase energy meter Abstract: With the rapid development of China's economy in recent years, technology, business and household demand for electricity is growing. But the traditional mechanical meter single billing, measurement error is large, short-lived, it has been insufficient to meet people's needs, so the development of a long-life, multi-function electronic metering precise electrical energy meter has become an inevitable trend . This article is based on a chip designed for electronic ADE7755 single-phase energy meter for ordinary home users. The design uses a high-precision chip ADE7755 energy metering to measure electricity consumption and use 51 microcontroller to control the entire circuit. By signal acquisition current, voltage, digital to analog conversion, power calculation, with power storage and display hardware design, combined with software programming work to achieve a normal meter. This paper describes the working principle of electric energy meter, energy metering module, display module, data storage module, and software design module. Designed
LoRa 智能电表 安全用电管理系统 解 决 方 案 北京创羿兴晟科技发展有限公司 1系统背景 2017年5月3日国务院安委会召开电气火灾综合治理工作视频会议，决定在全国范 围内组织开展为期3年（2017年5月-2020年4月）的电气火灾综合治理工作。 公安部发布《关于全面推进“智慧消防”建设的指导意见》（公消【2017】297 号）发布意见要求，2018年底地级以上城市建成消防物联网远程监控系统，目前已经建成消防物联网系统的城市，在2017年年底70%以上的火灾高危单位和设有自动消防设施的高层建筑接入系统，2018年底全部接入。 所以，构建智慧安全用电管理系统在消防物联网远程监控、电气火灾监控、节电等 方面的应用意义是很重大的。 智慧安全用电管理系统作为智慧城市的一个组成部分，智慧式用电安全隐患监管服务平台的应用是智慧安监、社会管理创新、安全生产社会化服务的重点内容，是科技兴安战略的重要组成部分。该监管服务平台能有效解决用电单位电气线路老旧、小微企业无专业电工、肉眼无 法直观系统即时排查电气隐患、隐蔽工程隐患检查难等难题。 推广使用智慧安全用电管理系统，是从源头上预防电气火灾的有效措施，是引导企业牢固树立安全 意识、全面落实安全生产经营企业主体责任，推荐企业安全生产技 防、物防建设，强化企业安全生产硬件基础，建立健全企业隐患排查治理机制和提升企业本职安全水平的有力抓手。
2系统组成 基于LoRa技术的智能电表安全用电管理系统由智能电表CYBEM101 LoRa控制 终端CY-LRW-102 LoRa检测终端CY-LRW-101控制设备（如DDC等）或云数据管理平台（即终端服务器）等几个部分组成。 基于LoRa技术的智能电表安全用电管理系统是通过现场安装的智能监测终端即智能 电表CYBEM10，1 实时采集并上传电气线路的剩余电流、温度、电流、电压、功率、频率、电度等安全状态参数，对数据进行不间断的跟踪与统计，经云平台对大数据的综合诊断分析，实时发现电气线路和用电设备存在的安全隐患（如漏电、过载、短路、三相不平衡、欠压、过压、接触不良、线缆温度异常等），及时向安全管理人员发送预警信息，提醒企业治理隐患，同时借助手机、PC 等智能终端也可随时随 地实现对电气火灾故障隐患的透明化监控管理，从而达到消除潜在的电气火灾危险、实现“防患于未燃”的目的。 该系统可实时接收联网单位监测线路中的漏电、剩余电流、温度变化信息等对数据进行汇总、分析、自动绘成动态曲线。当监测电路发生异常时，能够迅速发出报警信息并准确显示故障点和故障原因，通知相关人员及时排查隐患，把电气火灾事故消灭在萌芽状态。 系统架构如图1所示，主要包括智能电表CYBEM101LoRa控制终端CY-LRW-102 LoRa检测终端CY-LRW-101控制设备（如DDC等）或云数据管理平台（即终端服务器）、终端手机或电脑等几个部分组成。其中智能电表CY BEM10连接具体所需监控 的电路；LoRa控制终端CY-LRW-102与电表通过RS485线相连，在远距离信号传输中起到信号无线传输作用；LoRa检测终端CY-LRW-10与LoRa控制终端CY-LRW-102! 过LoRa技术进行信号无线传输；LoRa检测终端CY-LRW-101与霍尼韦尔、西门子等的控制设备DDC S过网线或RS485线相连，也可通过网线直接与后台服务器相连进行数据传输；终端服务器用于存储及管理数据；终端手机或电脑与服务器进行通讯，实时查看电路及终端设备状态并发出控制信息。
采用LM5017的智能电表设计方案 文章来源：半导体器件应用网https://www.doczj.com/doc/6c11040239.html, 近年来，中国国家电网智能化改造非常迅猛。2013 年，中国国家电网公司推出新一代的智能电能表系列标准。在新标准中，对电源供电的规格提出新的要求。 1 总体需求 智能电表中的载波通信(PLC)模块供电规格，要求最为严格。新标准要求智能电表通信载波模块供电12V Vcc，在满载时的输出电压纹波要小于1‰(单相智能表的满载电流是125mA，三相智能表的满载电流是400mA)。 图 1 是常用的三相智能表电源架构。从电源架构上看，智能表通过线性交流变压器+整流桥的方式，将220Vac 降到较低的直流电压。由于智能表需要有抗接地故障抑制能力(按国网标准，要求在2 倍额定电压的情况下，电能表不能损坏)，其输入电压范围通常较宽一般需要0.8 倍~2 倍的额定电压。
图 1. 常用国网 3 相电表电源架构 TI 的LM5017，是新一代高压同步变换器。其输入电压范围是7.5V~100V，输出电流可以达到600mA，非常适合在三相智能表中应用。 2 纹波注入原理 在新国网规范中，LM5017 需要面对的主要问题是：如何实现载波模块供电时的1‰纹波输出。LM5017 采用恒定导通时间控制(Constant On-time Control, COT)，其内部框图如图2 所示。 LM5017 通过Ron 来设定固定的导通时间长度Ton。当FB 的电压低于1.225V 时，内部的快速比较器触发COT 控制逻辑模块输出固定的Ton(控制管，即上管)。Ton 时间结束后，关断控制管，直到FB 的电压再次低于 1.225V。 COT 控制的反馈是采用高速比较器来实现。为了保证高速比较器稳定工作，COT 对FB PIN 的纹波会有一定的要求，LM5017 要求FB PIN 的最小纹波是25mV。当LM5017 的输出纹波需要满足国网对载波模块输入纹波<1‰ 的要求时，其输出纹波经分压电阻分压后，在FB Pin 的纹波为<1.2mV，远低
智能电表数据采集研究 摘要：为克服农网地区低压供电半径长、环境复杂、线路干扰大的不利影响，凭借技术创新，优化集中器的自动路由寻址程序，利用示波器寻找干扰源，通过定时投切控制装置隔离重大干扰源；管理措施方面，通过精益生产管理理念，加快安装速度、提高安装工艺水平、减少后期维护，实现抄到率班组级同业日对标管理；注重流程化和全过程管理，优化管理流程和业务流程，进而全面提升智能电表数据采集管理水平。 关键词：智能电表；数据采集；数据分析 Abstract: In order to overcome the rural network area radius of the low voltage power supply, the complex environment and the line interference, by virtue of technological innovation, to optimize the concentrator automatic routing addressing procedures, use an oscilloscope to find the source of interference, through the regular switching control device isolation major sources of interference; in management measures, through lean manufacturing management concepts to speed installation and improve the installation process level, reducing the post-maintenance, to achieve the copying rate team level with the industry standard management; focus on processes and process management to optimize the management and business processes, enhance overall smart meter data collection and management level.Key words: smart meters; data acquisition; data analysis 中图分类号：TB381 文献标识码：A 文章编号： 为进一步深化营销管理，大力加强营销工作的基础建设，努力提高智能电表数据采集管理水平，实现营销管理的集约化、专业化、精益化和规范化的管理模式，本文对智能电表数据采集进行了研究分析，论述了如何凭借专业技术知识和现场勘查经验，及时准确辨识其影响因素并找出对应的解决方法。 一、智能电表数据采集原理 用电信息采集系统是由服务器、前置机、集中器、采集器、电能表等硬件设备，和链接这些硬件的软件系统，以及使用、维护这些硬件、软件的专业人员组成的有机整体。用电信息采集系统工作原理结构图如下：
学生公寓智能电能表管理系统方案
目录 二、智能用电预付费系统介绍 (2) 2.1智能用电预付费系统优点 (2) 2.2 系统功能详解 (4) 2.3系统具体模式设计 (7) 2.4单相智能电能表介绍 (8) 2.4.1单相智能电能表概述 (8) 2.4.2单相智能电能表功能及特点 (9) 2.4.3单相智能电能表主要技术参数 (10) 2.4.4单相智能电能表工作原理 (12) 2.4.5抄表说明 (12) 2.4.6单相智能电能表安装与接线示意图 (14) 2.4.7单相智能电能表的贮存和保证期限 (16) 2.5三相智能电能表概述 (17) 2.5.1三相智能电能表功能及特点 (17) 2.5.2三相智能电能表主要技术参数 (18) 2.5.3三相智能电能表工作原理 (20) 2.5.4抄表说明 (20) 2.5.5三相智能电能表安装与接线示意图 (24) 2.5.6智能电能表的贮存和保证期限 (26) 3.1微信服务平台的开发背景及好处 (28) 3.2预付费微信服务号服务流程 (28) 3.3预付费微信服务号服务内容 (30) 二、智能用电预付费系统介绍 2.1智能用电预付费系统优点 学生公寓用电管理是服务部门面临的主要任务之一。随着用电需求的多样化以及“以人为本”的人性化管理要求的提出，以往的单一化人工用电管理办法已
经不能满足时代要求了，采用现代的管理工具、引进一套科学有效的管理方法，从技术上根本解决用电管理的难题已显得至关重要。 引进智能用电计量管理系统，对学校用电管理至少有以下几个方面的好处：（一）从收费管理上看： 以往在公寓用电的收费管理上，绝大多数公寓都把这笔费用算在住宿费中，随着日用电器在公寓中日益兴起，这种收费管理方式的弊病越加明显，用户觉得这种收费管理不合情理。 引进了智能用电计量管理系统后，真正实现了预付费式的用电管理方式，用户买多少电就用多少，而且当用户换宿舍时可进行数据转换，当用户退房时也可进行退费，科学合理，同时对养成用户节约用电的习惯也很具效果。 （二）从管理工作量上看： 现在公寓后勤管理已趋向于社会化，很多公寓都把这项工作划分给物业服务公司，对于一个公司来说，最希望的就是用较少的付出换来较大的利益，按照旧式的管理方式，物业服务公司需要很大的人力支持；而引进智能用电计量管理系统将大大减少后勤管理的工作量，主要体现在： 1）定时开关电 为了养成学生用户节约用电和很好的生活习惯，都规定了供电时间，管理员就需在每天的规定时间去开、关公寓的电源，总要比学生用户早起、比学生用户晚睡；引进智能集中式电能计量管理系统后，这些工作都可以由这个系统来完成，只要把学校规定的开关灯时间设定在数据管理器中，让数据管理器24小时工作，它就能自动对公寓按不同日期、不同宿舍性质分别进行定时开关断，节省了后勤管理人员的工作量。 2）集中抄表 很多公寓都规定在某些时段对每个公寓的用电量进行收集，对于一户一表的学生公寓来说，工作量很大，而且很容易出错；引进智能用电计量管理系统后，系统软件将每天定时收集各宿舍的用电量，将其存储到数据库中，无论何时需要查看宿舍的用电量，都只需轻轻一点就可以汇总出来，快速准确，很大程度上减少了后勤管理人员的工作量。 （三）从财务管理上看：
智能电表项目 规划方案 规划设计/投资分析/实施方案
摘要 目前全球正在使用的电表，包括工、商、住电表用户数量庞大，全球共约有18亿台，若全面更换为智能电表，则市场规模将相当可观。以2012年来看，全球智能电表出货量达1亿台，较2011年成长31.6%。据市场研究机构IDC统计，2015年全球智能电表出货量达到1.63亿台，年复合平均增长率达15.4%。而In-Stat研究亦指出全球智能电表市场营收在2016年将超过120亿美元。市场研究机构PikeResearch亦预估，全球智能电表安装量将于2020年达到9.63亿只。 该智能电表项目计划总投资13596.00万元，其中：固定资产投资9857.49万元，占项目总投资的72.50%；流动资金3738.51万元，占项目总投资的27.50%。 本期项目达产年营业收入28209.00万元，总成本费用22142.56 万元，税金及附加234.98万元，利润总额6066.44万元，利税总额7138.17万元，税后净利润4549.83万元，达产年纳税总额2588.34万元；达产年投资利润率44.62%，投资利税率52.50%，投资回报率33.46%，全部投资回收期4.49年，提供就业职位481个。
智能电表项目规划方案目录 第一章总论 一、项目名称及建设性质 二、项目承办单位 三、战略合作单位 四、项目提出的理由 五、项目选址及用地综述 六、土建工程建设指标 七、设备购置 八、产品规划方案 九、原材料供应 十、项目能耗分析 十一、环境保护 十二、项目建设符合性 十三、项目进度规划 十四、投资估算及经济效益分析 十五、报告说明 十六、项目评价 十七、主要经济指标
智能电表数据集中采集器的分析 【摘要】本文对智能电表数据集中采集器进行了分析。总结了当前数据集中采集器的特点，设计了智能电表数据集中采集器的总体功能、硬件及软件。 【关键词】智能电表数据采集硬件设计功能 “十一五”期间，我国经济和社会得到了高速的发展，人民生活质量不断提高，我国电力行业也在逐步推进市场化的进程，电力企业市场化的经营模式逐渐形成，城乡电网改造工程逐步实施，1户1表的政策得到了深入的贯彻执行，特别是近几年智能电网的发展，在配电网中广泛应用智能电表代替传统的电表。智能电表中核心的部件是其数据集中采集器，其主要实现了对电网中数据的有效采集及传输功能，为智能用电及智能配电网的建设奠定了基础。本文对智能电表数据集中采集器进行了分析。 1 当前的集中采集器综述 当前智能电表中的抄录系统主要是由3部分构成的，即数据集中采集模块，微机管理系统和数据集中器。其中集中器主要实现了对上下设备的数据汇总和分配，并且能够实现对电能表智能控制命令传输的作用，有利于电能采集数据的集中。 当前智能电表的数据集中器主要是利用上行的通道对远程系统所发出的命令进行接收，并能够实现有效动作的执行。其能够预先设定好的参数向通信服务器实现连接，这样就能够对电能采集信息进行传输，利用下行的数据通道可以完成数据的发送，综合上行和下行数据传输即可实现对智能电表的综合控制。通过以上分析我们可以看出，集中采集器能够有效实现数据采集命令的控制，并能够实现对智能电表所发出的数据进行存储的功能。 2 集中器功能总体设计 对智能电表数据集中器进行总体设计主要是利用其所对应的下行设备来支持645数据传输规约来实现的。其可采用RS-485总线规约进行通信，并依据645数据规约来实现数据的有效传输，相比与传统的智能电表数据采集器，本数据集中采集器具有以下功能： （1）自动查找智能电表功能：在相关的应用地点安装数据集中器后，系统可进行具体的参数配置：首先对智能电表进行自动查找，自动地通过下行通道来发出找表的相关指令，且能够实现接收数据的自动分析。如果经过分析其接收的智能电表地址是正确的，则系统将对智能电表的地址进行存储。数据集中器的这项功能实现了智能电表地址的有效查找和分析，不但节约了时间，而且更具经济性和实用性，有利于提高系统的整体效率。
基于单片机的电表抄表系统 摘要 自动抄表是指采用通信和计算机网络等技术自动读取和处理表计数据。发展电能自动抄表技术是提高用电管理水平的需要，也是网络和单片机技术迅速发展的必然。采用自动抄表技术，不仅能节约人力资源，更重要的是可提高抄表的准确性，减少因估计或誊写而造成账单出错，使供用电管理部门能及时准确获得数据信息。本例中介绍的抄表方案可方便移植到煤气表、水表等各种智能抄表系统。本例抄表系统主要由主站端数据采集计算机、客户端基于单片机的抄表模块、计量电表三部分组成。客户终端单片机模块和数据采集计算机通过RS-485串行通信口连接，实现数据传输。本例中被测量的电表为威胜3型电表。 本例主要介绍客户端基于单片机的电表抄表终端的设计和实现方案在设计本例抄表系统时，以上功能均需要满足，其中主要部分是供电方式设计、数据掉电保护。功能设计、终端抄表模块与数据采集计算机通信协议设计、实时时钟功能设计。其中终端单片机抄表模块主要功能如下：采用三相四线（3ｘ220/380V）供电方式，在三相交流电压断一相或二相的条件下，交流电源能维持终端正常工作，并且系统具有备用电池供电功能;具有实时测量用户用电电量功能;具有掉电数据保护功能，能保存用户用电电量信息。支持DL/T—645电表通信规约。终端和数据采集计算机通过RS-485通信，终端和主站通信具备数据完整性认证机制以保。 终端具有实时时钟功能，并且有对时功能。 关键词：单片机；抄表系统；串行通信； Based on SCM meter meter-reading system
东北林业大学毕业设计 Abstract A utomatic Meter Reading, AMR Meter (where) refers to the communication and computer network technology such as Automatic Meter Reading and processing data. Energy automatic meter reading technology development is to improve the management level of electricity, network and the technology rapid development. Adopting automatic meter reading techniques, can not only save manpower resources, more important is to improve the accuracy of the meter, and transcribed estimated or electricity bill, make mistakes in a timely and accurate management department can obtain information. In this example the meter reading scheme can be introduced to gas meter, convenient wait for all sorts of intelligent long-distance meter reading system. The meter reading system mainly consists of the host computer and data acquisition based on SCM client module, measuring meter meter three components. Client terminal single-chip computer and data acquisition module by RS - 485 serial communication, data transmission. In this example the meter is measured in type - 3 meters. This major is introduced based on SCM client terminal of the meter meter in design and implementation scheme design of the meter reading system, above all, to meet function main part of power supply is designed, and data protection. Functional design, terminal meter data acquisition module and computer communication protocol design, functional design of real-time clock.One terminal chip meter main function modules are as follows:adopts three-phase four-wire (3x220/380V power supply, in three-phase) ac voltage phase or break a two-phase conditions, the ac power can maintain the normal work and terminal system has a backup battery power function.with real-time measuring electric power users.has the power to save data protection function, electricity power userssupport DL/T -- buttons meter communication protocols.terminal and data collecting computer through the rs-five 485 communication, terminal and host communication with data integrity in the authentication mechanism.terminal with real-time clock function, and a readier function. Keywords: SCM, The computer, Serial communication, C language, 2