电力计量仪器毕业设计.docx

毕业设计（论文）题目：单相电子式电能表的设计系别：电气工程系专业：电子电气专业班级：学生姓名：指导老师：完毕时间:毕业设计（论文）任务书班级学生姓名指导老师设计（论文）题目单相电子式电能表的设计要究容重研内重要研究单相电子式电能表0工作原理及设计措施，通过对电能芯片及其他元器件日勺合理选择，对电子式电能表进行硬件和软件B设计，设计出一款经济型的电子式单相电能表。重要技术指标或研究目的1 .输入电网额定电压：220V2 .输入额定电流；20A3 .精度：1级4 .检测电网侧电压频率，并实时显示，精度（MHZ5 .测量并实时显示电功率基本规定D根据设计规定进行方案设计。2） 电能芯片、单片机及其他元器件的选择和功能简介。3） 单片机应用系统电路和对应检测电路、显示电路MJ设计。4） 绘制电路原理图。5） 编写程序框图。摘要老式0¾模拟式仪表必须借助于指针和刻度盘进行读数，在读数过程中不可防止0¾会引入人为日勺测量误差。为了处理这一问题，电能表作为一种新型的计量产品由此应运而生。本设计简介了美国AD企业推出的电子式电能表专用芯片ADE7753的特点、控制方式、与输入信号微控制器的接口及其在电测仪表中的应用。本文采用电能芯片ADE7753和单片机AT89S52以及外围电路共同构成硬件系统,硬件设计突出重点0¾就是计量功能和抗干扰功能两部分。测量部分输入电压、电流通过电压分压网络和电流互感器，再通过滤波，转化成符合ADE7753芯片规定的输入信号，再通过芯片内部对电压和电流进行A/D转换、数字运算和能量累加，从而得到有功电能、无功电能、电压、电流有效值和频率值的原始寄存器值。本系统选用高性价比的微控制器89S52,完毕多种参数的计算、通信命令处理和控制功能，将电能值送入数码管显示出来。软件部分采用片内WDT控制,通过软件,定期清WDT监视定期器日勺值，当出现“死循环”或程序“跑飞”现象时，WDT监视定期器内时值计满溢出，从而强迫程序复位，从头开始。关键词：电子式电能ADE7753单片机AT89S52目录1.引言错误!未定义书签。1.1数字仪表的发展趋势错误!未定义书签。1.2重要技术指标错误!未定义书签。2.硬件系统设计错误!未定义书签。2.1工作原理错误!未定义书签。2.2各部分电路设计错误!未定义书签。电压采样错误!未定义书签。电流采样错误!未定义书签。2.2.3功率的计算错误!未定义书签。电源设计错误!未定义书签。显示电路的设计错误!未定义书签。2.3芯片功能简介错误!未定义书签。数字电能芯片ADE7753B特点错误!未定义书签。2.3.27753模块内部的原理构造图错误!未定义书签。单片机AT89S52错误!未定义书签。2. 4抗干扰有关设计错误!未定义书签。3. 软件系统设计错误!未定义书签。3.1 主程序流程图错误!未定义书签。3.2主程序错误!未定义书签。3.3软件抗干扰技术错误!未定义书签。参照文献：错误!未定义书签。总结错误!未定义书签。致谢错误!未定义书签。1 .引言目前，我国电度表生产企业有几百家之多，生产能力约为1.9亿台，年产电表近8000万台。但伴随城镇电网改造高潮的过去，全国一户一表工程的基本实现,电度表市场形势发生了主线变化，市场销量比前两年已经有下降，销售高峰期已转入销售平稳期，市场竞争更为剧烈。.近年来全国用电缺口的急剧扩大，国家发展和改革委员会决定全面推行峰谷分时电价和避峰电价，鼓励顾客合理移峰用电。这一政策的出台，带动了各地供电部门对复费率、多功能电表的需求迅速上升。伴随国内用电量的持续增长，众多的地区出现了不一样程度的用电紧张，国家电力局也适时推出了分时记费B电价原则。1.1 数字仪表的发展趋势老式的模拟式仪表必须借助于指针和刻度盘进行读数，在读数过程中不可防止时会引入人为的测量误差。为了处理这一问题，电能表作为一种新型的计量产品由此应运而生。其型号比较多样，从一般的单相电能表到复费率，预付费，三相485到电能表功能复杂0终极0多功能电能表，功能从单纯B计量到与时间复合与费率结合到无功计算计量，其所具有的功能也是与日增长。然而多功能电表的电路往往比一般电能表的电路更为复杂，元器件也比较多，调试生产程序较多，质量保证更为困难。因此，电表的技术方案选型至关重要。采用计量芯片ADE7753的电子式电能表，具有构造合理，性能可靠，高精度、低功耗、抗谐波、防窃电、体积小、重量轻等长处。单相电子式电能表引入了时间的参照，己经不也许由我们单纯的通过某些详细0¾硬件电路实现其分时计量B功能，为此要在本来简朴日勺电子式计量模块B¾基础上进行拓展，拓展时钟电路，拓展显示模块，拓展CPU以及某些与详细的规定相对应的通讯模块：485通讯，红外通讯，载波通讯以及无线GPRS通讯模块，构成各个时基电路，控制电路与通讯电路，引入时基电路B目日勺很明确，为每一次电量合计提供时基参照，以确定电价系数，而引入CPU则是建立一座时间与电量的桥梁，并提供智能化日勺操作与控制，CPU是单相电子式电能表的一种关键枢纽，电能表的各个量变参数汇聚到CPU进行进行多种复合的运算，最终得到某些和电量有关的加权参数，以供电力部门调查取用，其间牵涉到的数据量的大小取决于顾客对电能表功能的规定，我们可以拓展存储功能时模块进行优化存储算法，作为电力计量类的产品，电子式电能表规定其在十年内出现故障0概率为万分之三，为此在对电能表进行功能设计的同步，还必须着重考虑电能表B数据安全性与稳定性，而要到达这两个方面，则必须在硬件设计和软件优化两个方面都要进行详细细致的考虑，并需要比较长时间的现场测试与调整。电力部门对时钟精度的规定误差原则在±5PPM的范围之内，也就是一天的合计日误差在±0.5秒之内，时钟一般在晶振B基础上进行运行，一般的B晶振误差在±20PPM,达不到我们0所需规定，因此必须选用高精度的晶振作为时钟0基准源，除此之外，由于温度日勺变化会影响到晶振频率0变化，从而引起时钟精度的变化，因此，我们还要加入温度芯片进行实时校正赔偿，依此来到达精度所规定的范围。电能表自身除去计量存储的功能外，还在不一样的程度上具有某些通讯功能：红外通讯、串行通讯等。在电能表应用设计中串行通讯供485抄读，直接供应PC机，而红外通讯则是借助红外掌上机为媒介，将众多数据通过红外掌上机传送至PC机，利于配电分步集中管理。更深入，在电能表中引入载波模块，即可实现对电能表0¾远程抄表与远程控制，这里的载波是电力载波，是在电力线的电能传播过程中加载在我们的控制信号或者数据信号，通过调制和解调的措施滤取信息，这种载波形式应用于电能表领域的，考虑起数据传播的安全性，因此滤取信号或者加载信号总在交流的跨零点的时刻加载信号，这样防止了交流干扰信号对于载波信号的叠加，只是传送的速率会相对的慢某些，但载波通讯可以随时对电能表进行远程的抄控，其实时性也就弥补了速率方面0局限性；此外，伴随科技B发展，某些更先进的功能模块也会逐渐引入电能表进行通讯，如GPRS。总之，作为一种计量产品，单相电子式电能表从功能构造单一到功能强大、构造复杂，也是国家电力部门推行电力现代化的一种必然的趋势；其表型繁多，从单相到三相、从静止到复费率、预付费到多功能电能表、再外扩诸多的功能块、配合集抄系统，最终要到达电力集中抄表的自动化。电能表的设计与研究开发，也应当一直站在科技0前沿，掌握信息，任重道远。1.2 重要技术指标1 .输入电网额定电压：220V2 .输入额定电流：203 .精度：1级4 .检测电网侧电压频率，并实时显示，精度0.1HZ5 .测量并实时显示电功率2.硬件系统设计电能表硬件设计突出重点的就是计量功能和抗干扰功能两部分，电能表一般分为二级表、一级表和0.5级表，是对其测量误差精度的规定，计量部分的设计是电能表aJ设计中比较关键的部分。本文采用电能芯片ADE7753和单片机AT89S52以及外围电路共同构成硬件系统。其原理框图如图一所示：pi.an) p.n ex>电压4-一p.? RST RXD)P3jO TXD)P3,I UlNT(14 2 “INTIM 3 034 TI)F35 PWR)W “ROlPBI XTAL2 XTALI GNDVCC FO.O(ADO> FO. KADH F0.AD2> F0.XAD3> F0.4<AD4> FO.5<AD5> P0.MAD6> FO.7<AD7> .(8AA'> ALB>>>TKOG PSEN P2.1VAI6> P2.AI4> P2XAI3) P2.4(AI2> P2.XAII> P2.A101 P2 A9> P2.NA8>S52 89 A图一2.1 工作原理电压、电流通过电压分压网络和电流互感器,再通过滤波,转化成符合ADE7753芯片规定的输入信号，再通过芯片内部对电压和电流进行A/D转换、数字运算和能量累加，从而得到有功电能、无功电能、电压、电流有效值和频率值的原始寄存器值。采用外部中断读取这些数值，ZX与INTl相连，当过零时进行中断，这些值通过SPl接口传送到微控制器中，微控制器再进行计算，最终通过LED显示出来。此外，微控制器也可以把测量日勺值通过串口把数据传到微机中，便于人们保留分析，这一点可以使人机对话功能大大增强。本系统选用高性价比0¾微控制器89S52,完毕多种参数日勺计算、通信命令处理和控制功能，89S52内部集成了8KB的ROM,程序存储能满足系统的需求，因而不需要外部扩展ROM。芯片X25045作为看门狗设置，加强系统的抗干扰性能,2片74LS145芯片驱动16路发光二极管(LED)o2.2各部分电路设计设计提成模块：输入部分、数据采集模块、数据处理模块、显示模块。应用芯片:ADE7753,89S52,74HC245,74LSl45。数据采集模块采用芯片ADE7753,数据处理模块以89S52单片机为关键对采集信号进行精确控制和严格计算。电压采样电压采样的措施是一般我们通过电阻电容相结合来分压得到小电压，即一般我们所说的阻容降压，在生产工艺当中所谓的校表既是通过调整电阻电容的综合给值来校正电表的计量误差，当然在一部分电能表中也可以通过变压器来获取小电压，用变压器的J目的也不仅局限于取小电压，还要依托CPU以及其他芯片提供基准直流电源。电阻0¾给值一般是成倍数递增B,电阻对误差0影响从1/2,1/4,1/8.逐渐递减，最终可以到达满足规定的误差，由于误差的调整是成线形的关系，因此这种调整的措施会比较简朴。如图二所示:图二电流采样电流的采样是通过并联电流分流的原理将电流进行采样取值，电能表中的电流采样器件是锦铜分流器，其电阻阻值很小，因此其能分担比较大的电流，仅有小部分通过度流引入采样，不过由于众多镒铜分流器0分流参数具有一定0离散性，因此最终到达功率测量B¾稳定性，必须通过P=Ul这一公式来进行对应的调整。如图三所示：通过电压与电流的采样我们得到的功率值就是到达我们规定的在误差精度范围的功率值，电压电流的模拟信号通过采样后来通过A/D转换，进入乘法器进行对应B¾乘法运算，最终到达一定的功率数字值，这种数字值再与某些详细的频率相结合，最终以脉冲的形式输出电量脉冲，这种输出的电量脉冲频率与功率大小成正比例关系：功率越大，输出的脉冲频率越高，一