摘要
此课程设计主要是通过编程来实现电子式数码管显示单相单用户的用电量，其硬件部分主要以C8051F360单片机为控制核心，连接电能计量、LED显示、掉电存储、按键清零等功能模块组成整个系统模块。
通过对用户供电电压和电流实时采样，采用专用的电能表集成电路，对采样电压电流信号进行处理并相乘转换成与电能成正比的脉冲输出，再经过计数器和LED显示器，实现对单用户的用电情况进行掉电存储、按键清零等功能。用户的用电量可以就地读取，有效地提高了电能计量的准确性，而且整个电路具有线路布置简单，可靠性高等优点；另外在用户电子式电能表的前面有6位LED数码管，最高位数码管显示为户号，次高位显示连接线，后四位为用户用电量，清楚的显示了用户的户号及其用电量。
此次课程设计运用了单片机C8051F360主控芯片、AD7755电能脉冲的转换芯片、74HC165实现按键清零芯片、74HC164驱动八段译码显示器芯片及24C16防止掉电数据丢失等芯片，并通过protel画图、Multisim软件仿真、Silicon IDE 开发环境进行软件编程调试、查找资料等学习工具，最终实现了用户电量在数码管上显示的功能。
关键词：电能表；单片机C8051F360芯片；硬件设计；软件设计
ABSTRACT
The curriculum design is mainly through programming to achieve the electronic digital display single user's electricity, the hardwarepart mainly C8051F360 microcontroller as control core, connect theelectric energy metering, LED display, power-down memory, buttonreset function module of the system module.
Based on the user's power supply voltage and current real-time sampling, using special electric energy meter IC, for processing andmultiplication is converted into pulse output and power is proportional to the voltage and current sampling signal, and thenthrough the counter and LED display for single user of electricity to power storage, key features such as clear. The user of electricity consumption can be read in situ, effectively improve the accuracy of electric energy metering, and the whole circuit has simple circuitarrangement, high reliability; there are 6 LED digital tube in addition to the users of electronic watt-hour meter in front of the most high,digital tube display for households, and secondarily display line, after four for the user of electricity, clearly shows the user's account number and power consumption.
The curriculum design using the conversion pulse MCU C8051F360 main control chip, AD7755 chip, 74HC165 chip, 74HC164 buttonreset drive eight decoding display chip and 24C16 avoid losing data,chip, and through the Protel drawing, The Multisim software simulation, Silicon IDE development environment for software programming and debugging, find information, learning tools, and ultimately the user of electricity in the digital tube display function.
Keywords: electric energy meter; C8051F360 chip; hardware design; software design
目录
1绪论 (2)
1.1电能表在国内发展状况 (2)
1.2 课题的研究内容与意义 (2)
2 设计任务与主要要求 (4)
2.1 设计任务 (4)
2.2 设计的主要要求 (4)
3 设计原理分析 (5)
3.1设计的总体方案 (5)
3.2 设计方案框图 (6)
3.3 电能表总电路图 (6)
4 设计的主要内容 (8)
4.1硬件设计 (8)
4.1.1 C8051F360单片机电路部分 (8)
4.1.2 +5V稳压电源的设计 (9)
4.1.3 74HC164驱动LED数码管显示的设计 (11)
4.1.4 24C16芯片掉电存储的设计 (13)
4.1.5 74HC165芯片按键清零的设计 (14)
4.1.6 AD7755电能转换设计 (14)
4.2 软件设计 (17)
4.2.1 主函数流程图 (17)
4.2.2 AT24C16读函数流程图 (18)
4.2.3 AT24C16写函数流程图 (19)
4.2.4 显示用户电量流程图 (20)
4.2.5按键扫描清零函数流程图 (20)
4.2.6 中断子程序流程图 (21)
5 课程设计总结 (22)
参考文献 (23)
附录一 (24)
附录二 (25)
附录三 (27)
1 绪论
1.1电能表在国内发展状况
电能表是我国电工仪表行业中产量最大的产品。近几年，国家连续出台的多项与电能表行业发展相关的政策以及房地产产业的迅速发展，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。
随着高新技术尤其是电子信息技术的快速发展，电子式、多功能、高精度、多费率、自动抄表等产品的优势突显，且已经逐步成为电能表发展的主流，在未来几年里，这种趋势将更加明显。且各行各业对电的需求越来越大，不同时间用电量不均衡的现象也日益严重。为缓解我国日趋尖锐的电力供需矛盾，调节负荷曲线，改善用电量不均衡的现象，全面实行峰、平、谷分时电价制度，“削峰填谷”，提高全国的用电效率，合理利用电力资源，国内部分省市的电力部门已开始逐步推出了多费率电能表，对用户的用电量分时计费。在有条件的地区，即已经实行一户一表的居民用电区，也将有计划的开发低谷用电，实行峰谷电价，以提高电能利用率，提高居民的用电质量。
通过城乡电网改造，电工仪器仪表行业步入了快速发展的轨道，同时也为行业企业提供了一个科技创新的平台，电工仪器仪表生产企业抓住机遇，通过对国外先进技术的兼收并蓄，并高标准、高起点自主开发了一系列高技术产品。电力用户是我国电工仪器仪表最大的用户群体，需求量占整个市场需求量的90%，对该类产品的销售起着决定性作用。国家城乡电网改造结束后，电工仪器仪表行业进入了平稳过渡期，以华立集团、宁波三星、林洋电子等为代表的行业企业不断拓宽服务领域，寻求新的发展空间，从而在竞争中提高企业的核心竞争力，经过国内外市场的净化和洗礼，产品也发生了质的变化，开始从单纯量的增长向技术创新过渡，并步入高质量、高技术、高附加值时代，生产模式逐步向集约化大规模转变，核心竞争力不断增强，产品出口主要以电能表、便携式电表为主，出口辐射到几十个国家。特别是近几年，一些企业还通过在国外建厂等形式消化国内的市场，出口创汇不断攀升。
1.2 课题的研究内容与意义
电子式单用户多功能电能表，具有测量精度高，过载能力强，功率消耗低，性能稳定可靠，体积小，重量轻，操作方便；易于实现管理，适应工业、农业、
民用等不同用户群体用电测量的需求。
本次课程所设计的单用户电子式单相电能表采用单片机作为中央处理器，对用户的用电情况进行电能计量、LED显示，所以用户的用电量可以直接读取。电子式电能表与传统感应式电能表相比，有效地提高了电能计量的准确性。且电子式电能表无论在价格、功能、精度、可靠性等方面都优越于传统感应式电能表，具有的强大的功能特点和研究的必要性。
随着电子技术的发展与进步，电子式电能表越来越受到广大使用者的认同与青睐。面对新的形势，全面提高电子式电能表，尤其是技术含量高的产品的市场竞争力，重点突破多费率表和多功能表的现状，使电能表从数量优势向技术优势转变是电能表产业的发展趋势。电子式电能表是今后一段时间内的发展主流，技术含量高的产品发展空间大，经济效益也好，更应该作为今后发展重点。而要发展电子式电能表，核心技术是关键。
2 设计任务与主要要求
2.1 设计任务
该课程设计任务要求完成基于C8051F360单片机的单用户电子式电能表的设计与调试。其中包括硬件设计、软件设计和程序调试三部分。主要由LED显示模块、AD7755电能脉冲转换模块、掉电存储模块和按键清零等模块组成。被测信号经AD7755转换后将电压、电流、电能等信号传输给单片机C8051F360主控芯片，然后C8051F360控制其他所有芯片的工作、计算和显示。LED显示模块采用数码管显示被测用户的户号、用电量；按键清零模块选用74HC165芯片来实现此功能；存储模块采用24C16，为系统提供数据存储，可以实现掉电不丢失数据的功能。
1.1.1 硬件设计
硬件设计包括单片机的整体设计、稳压电源的设计、LED数码管显示的设计、24C16芯片掉电存储的设计、74HC165芯片按键清零的设计、AD7755电能转换器等电路的设计。
1.1.2 软件设计
软件设计包括用C8051F360单片机C语言编写的用户电量显示程序、按键清零程序、用户和电量显示程序、脉冲检测程序以及掉电保存等程序，并配有主函数和各子函数的流程图及其说明等。
2.2 设计的主要要求
1.该交流电能表能实现对单相单用户交流电能的测量；
2.具有显示户号及用户用电量的功能；
3.具有按键清零的功能；
4.具有掉电保存电能数据的功能；
5.计100个脉冲为1度电；
6.计量精度为1%；
7.最大计度容量：99.99kW·h。
3 设计原理分析
3.1设计的总体方案
系统主要由电量采集转化电路、微处理器控制电路、非易失存储器电路、显示电路、供电控制电路、按键清零电路等部分组成。电路控制部分选用单片机芯片C8051F360，它具有片内上电复位、VDD监视、看门狗定时器等功能，是真正独立工作的片上系统；各电路电源部分选用稳压芯片MC7805，将交流电经过整流、滤波、稳压得到所需电源；数码管显示部分利用74HC164串入并出8位移位寄存器驱动数码管进行数据显示；数据掉电保存部分选用掉电存储芯片AT24C16 ，该芯片是用先进的铁电技术制造的16K位的非易失忆的记忆体；按键清零部分利用74HC165并入串出8位移位寄存器实时扫描按键，根据按键要求对相应用户电量清零；电量采集转化电路采用AD7755脉冲转化芯片将电量采集后转化为脉冲信号，用户的计量脉冲信号，经I/O接口电路连接到系统总线，在微处理器的控制下，采集并计其脉冲信号，达到100个脉冲时电量自加1kW?h。
3.2 设计方案框图
根据3.2节中对总电路方案的设计可得到总的方案框图如下图3.1所示：
图3.1 设计总体框图
3.3 电能表总电路图
用protel 软件绘制单相单用户电能表的总电路图如下图3.2所示：
线路 电压 线路 电流 电压 互感器
电流 互感器
电能转换脉冲芯片 AD7755
光 电 耦 合
C8051F360 单片机
74HC164及八段译码显示
E2PRM 24C16
74HC165键盘清零
稳压电源
稳压电源
图3.2 电能表总电路
图
4 设计的主要内容
4.1硬件设计
此课程设计采用的是以单片机C8051F360芯片为核心的电路板，此板的各部分原理图及内部连接图见附录一所示。C8051F360单片机整体电路板包含的模块主要有C8051F360单片机、LED/FMQ报警、RS-232通信、USB接口、电源接口、LM336-2.5、下载/复位、外接器件、5V--3.3V、两路AD输入、信号输入、PCF8563、AT24C16、74HC165、74HC164显示等。本次设计中主要用到的部分有C8051F360单片机、AT24C16掉电存储、 74HC164驱动数码管显示以及74HC165按键等模块，下面将详细介绍各模块。
4.1.1 C8051F360单片机电路部分
C8051F360单片机为主要控制部件，其电路图如下图4.1.1所示。它具有片内上电复位电路、VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器器件，是真正能独立工作的片上系统。FLASH 存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新 8051 固件。用户软件对所有外设具有完全的控制，可以关断任何一个或所有外设以节省功耗。其P1.0、P1.1口产生的脉冲向74HC164显示输送数据，使其显示相关信息；P2口接拨码开关，模拟AD7755电量脉冲；PCF8563、24C16部件实时存储用户电量信息，并在掉电后保存，单片机上电复位后能够从中读取数据。
图4.1.1 C8051F360单片机电路
单片机电路设计中P2口接一并排开关，此设计中只用到P2.0口，实现了对单用户电脉冲输入的模拟；P1.0和P1.1接八段数码管控制其显示；P1.3和P1.6分别接AT24C16的SDA和SCL管脚来控制存储部分的电路；P1.2、P1.4和P1.5这三个口分别与74HC165芯片的对应管脚相连接，来实现用户电量按键清零的功能。
4.1.2 +5V稳压电源的设计
电源电路是整个系统能稳定工作的前提和关键，系统中的各个单元电路都需要使用直流电源供电，本设计采用自制电源供电方式，将220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路整流和滤波，在固定式三端稳压器的两端形成一个并不十分稳定的直流电压，此直流电压经过W7805的稳压和电
容的频率补偿，便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。
用Multisim电路仿真软件制作出的+5V稳压电源电路图如下图4.1.2所示。
图4.1.2 +5V稳压电源电路图
将图4.1.2中的+5V稳压电源电路图进行仿真，其结果如下图4.1.3所示。
图4.1.3 +5V直流稳压电源仿真结果
4.1.3 74HC164驱动LED 数码管显示的设计
图4.1.4 74H C 164驱动L E D 数码管显示电路
如图4.1.4所示为74HC164驱动LED数码管显示电路，设计中单片机的P1.0、P1.1口产生的脉冲向74HC164显示输送数据，使其显示相关信息，两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。
电路设计中74HC164是高速硅门 CMOS 器件，是比较典型的移位寄存器，它与低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引脚兼容。74HC164是 8 位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端（DSA 或 DSB）之一串行输入，任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入，其管脚图如图4.1.5所示。
74HC164的使用原理为：时钟信号从低电平变为高电平的时候将输出一个数据到输出端D0，当时钟第二次由低电平变为高电平的时候将输出第二个数据到D0，而第一个数据将转移到D1端口。依此类推，每一个时钟周期中都有一个串行数据输出到D0，而其他的数据则不断往高位移动直到所有数据传输结束。如果不再有时钟周期输入，则这些数据将暂存在输出端。
图4.1.5 74HC164引脚图
数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字0 ~9、字符A ~ F、H、L、P、R、U、Y、符号“-”及小数点“.”。数码管的外形结构连接如下图4.1.6所示。
图4.1.6 数码管管脚连接图
通过以上对74HC164驱动数码管显示电路各个模块的介绍，联系单片机的控制原理，可得到C8051F360单片机控制74HC164驱动数码管显示的具体过程如下：单片机外接8片74HC164作为8位LED显示接口，把单片机的P1.0作为数据输出线，P1.1作为移位时钟脉冲。其中A、B（第1、2脚）为串行数据输入端，2个引脚按逻辑与运算规律输入信号，共一个输入信号时可并接。CLK为时钟输入端，可连接到P1.1端。每一个时钟信号的上升沿加到CLK端时，移位寄存器移一位，8个时钟脉冲过后，8位二进制数全部移入74HC164中。Q0…Q7并行输出端分别接LED显示器的g…e各段对应的引脚上。在给出了8个脉冲后，最先进入74HC164的第一个数据到达了最高位，然后再来一个脉冲，第一个脉冲就会从最高位移出，8片74HC164首尾相串，而时钟端则接在一起，这样，当输入8个脉冲时，从单片机P1.0端输出的数据就进入到了第一片74HC164中了，而当第二次8个脉冲到来后，这个数据就进入了第二片74HC164，而新的数据则进入了第一片74HC164，这样，当第8次8个脉冲完成后，8位数据便显示在八段数码管上了。
4.1.4 24C16芯片掉电存储的设计
AT24C16是用先进的铁电技术制造的16K位非易失性记忆体铁电随机存储器，其 FRAM具有非易失性并且可以象RAM一样快速读写数据，在掉电后可以保存10年且比EEPROM或其他非易失性存储器可靠性更高、系统更简单，而不像
EEPROM。24C16以总线速度进行写操作，无延时，数据送到24C16中直接写到具体的单元地址下，可以立即执行。24C16可以承受超过100亿次的读写或者是比EEPROM高一万倍的写操作， 24C16的写能力使得它在需要对非易失性记忆体快速读写的状况下非常理想的完成任务，这种优势合并使得系统可以更可靠的实时采集数据。
SCL连接C8051F360的P1.6引脚为串行输入端，上升沿写入；SDA连接P1.3为串行输出端。每次中断显示时写入一次单用户的脉冲数量，实时存储用户电量信息，并在掉电后保存，单片机上电复位后能够从中读取数据，24C16掉电保存电路如下图4.1.7所示。
图4.1.7 24C16掉电保存电路
由于其控制引脚较少，占用单片机口线较少，在少量数据存储中有非常大优势，因为在本设计中，我们只需将校表数据及少量的电能数据存储其中，以做到系统掉电时不丢失数据，免除每次开机时的校表过程，故选用控制引脚简洁的AT24C16将非常的合适。
4.1.5 74HC165芯片按键清零的设计
74HC165芯片按键清零的电路图如下图4.1.8所示，74HC165是8位并行输入串行输出移位寄存器，可在末级得到互斥的串行输出（Q0和Q7），当并行读取（PL）输入为低时，从D0到D7口输入的并行数据将被异步地读取进寄存器内。而当PL为高时，数据将从DS输入端串行进入寄存器，在每个时钟脉冲的上升沿向右移动一位（Q0 → Q1 → Q2等）。设计中用P1.2作为74HC165 使能端，P1.5作为74HC165 脉冲输入端P1.4作为74HC165输出端检测按键信息，进行清零。
图4.1.8 74HC165按键清零电路
4.1.6 AD7755电能转换设计
电能变换电路采用AD7755芯片（Ib=10A,C=1600KW/h）,它是脉冲输出的一种高准确度电能测量芯片，工作时AD7755芯片将电流采样信号和电压采样信号送入缓冲放大器，经模拟乘法器相乘，再经V/F转换器转换将电压信号转换为脉冲信号，AD7755芯片的快速脉冲输出为1600脉冲/KWh，与用户使用电能相对应。AD7755在低频输出端提供平均功率信息，在高频输出端输出频率正比有效功率的脉冲，AD7755还有自校准功能。
AD7755芯片的外围封装电路、性能检测电路图及主要参数分析及计算见附录二所示，AD7755的功能框图如下图4.1.9所示。
图4.1.9 AD7755的功能框图
（1）AD7755电能转换设计原理
如AD7755的功能框图所示，将电流信号转换为合适的电压信号，由通道一输入，通道一输入最大差动信号峰值为470mV，有效值约为330mV；电压信号经过处理，输入到通道二，通道二输入最大差动信号峰值为660mV，有效值约为467mV。两路电压信号经过A/D转换器、滤波器、乘法器等，将信号输入到数字一频率转换器转换为一定频率的脉沖信号。对这个脉冲信号进行计数就可以计量用户的用电量。可编程增益放大器的放大倍数G可视情况随意选择，由G0、Gl 的逻辑电平确定，通道一的增益选择表如下4.1.1所示。
表4.1.1 通道一的增益选择表
通过设置SO、S1可以选择不同的Fl-4进行选择。脉冲输出的基本方式是从F1或F2输出，但是这两个引脚输出的脉冲频率较低，最高为几百个脉冲/kW.h。也可以选择高频脉冲输出，高频脉冲可以从CF端输出，脉冲数可达几千个脉冲/ kW.h。若要使用高频则需要对SCF引脚进行配置。但是实际使用时脉冲频率不可太高，所以，选用这种脉冲输出方式时通常把SCF、SO、S1都接低电平，脉冲频率可以低一些。
另外在采集电流、电压信号时，要合理选择采集方式，输入到通道一、通道二的电压信号选在最大允许输入信号的1/3到2/3范围内为宜。在这个范围内，信号采集误差较小。在选择采集信号方式时，应考虑到抗干扰能力和电阻等原器件的功耗问题。若通道一采用电阻分压方式将电流转换成电压信号，则G应取最大值，这样可以有效减小电阻上的功率损耗。另外还可以釆用电流互感器，将电流信号转换为电压信号。这两种方式各有优势，将在下面进行详细叙述。
若釆用Fl、F2输出脉冲对用户电能进行计量，则可以使得两个通道输入电压在合理的电压范围内，即最大允许输入信号的1/3到2/3范围内。若釆用高频脉冲输出方式，脉冲频率不应太高，这时通道一、二采集的电压信号可能会低于
理想的电压范围。但是不会有太大偏差，不会对设备性能有太大影响。
以上是对AD7755工作原理的简单叙述，要真正用好这个芯片来实现本方案设计还需要对一些重要参数进行分析计算及配置。
（2）AD7755外围电路设计
AD7755的总体电路除了上述几个比较关键的组成部分外，还有时钟电路、脉冲输出接口、电源电路等其他几个外围电路。时钟电路釆用和单片机时钟电路一样的设计，但是将晶体振荡器用AD7755要求3.58MH脉冲输出接口则采用光耦合器，这样可以将AD7755电能计量转换电路与单片机控制电路进行隔离，防止两侧相互干扰。由于光耦合器将电路分成两部分，所以两侧应该分别供电。电路原理见图4.1.10所示。
图4.1.10 AD7755的总体电路
4.2 软件设计
单用户单相电能表的程序见附录三所示，其各个子程序及总程序流程图将在下面一一详细介绍。流程图中包括主函数流程图、读AT24C16子函数流程图、写AT24C16子函数流程图、用户电量显示程序流程图、按键扫描清零函数流程图、中断子函数流程图。
4.2.1 主函数流程图
开始
程序初始化
启动定时中断
读24C16里的数据
统计脉冲个数
读键码值
按键使用户用电量清零
写入24C16数据
显示用户用电量
电力电子课程设计报告
目录 一、设计任务说明 (3) 二、设计方案的比较 (4) 三、单元电路的设计和主要元器件说明 (6) 四、主电路的原理分析 (9) 五、各主要元器件的选择： (12) 六、驱动电路设计 (14) 七、保护电路 (16) 八、元器件清单 (21) 九、设计总结 (22) 十、参考文献 (23)
一、设计任务说明 1.设计任务： 1)进行设计方案的比较，并选定设计方案； 2)完成单元电路的设计和主要元器件说明； 3)完成主电路的原理分析，各主要元件的选择； 4)驱动电路的设计，保护电路的设计； 5)利用仿真软件分析电路的工作过程； 2.设计要求： 1)单相桥式相控整流的设计要求为： 负载为感性负载，L=700mH，R=500Ω 2)技术要求： A.电网供电电压为单相220V； B.电网电压波动为5%——10%； C.输出电压为0——100V;
二、设计方案的比较 单相桥式整流电路有两种方式，一种是单相桥式全控整流电路，一种是单相桥式半控整流电路。主要方案有三种： 方案一： 采用单相桥式全控整流电路，电路图如下： 对于这个电路，每一个导电回路中有两个晶闸管，即用两个晶闸管同时导通以控制导电的回路，不需要续流二极管，不会出现失控现象，整流效果好，波形稳定。变压器二次绕组不含直流分量，不会出现变压器直流磁化的问题，变压器利用率高。 方案二： 采用单相桥式半控整流电路，电路图如下： 相较于单相桥式全控整流电路，对每个导电回路进行控制，只需一个晶闸管，而另一个用二极管代替，这样使电路连接简便，且
降低了成本，降低了损耗。但是若无续流二极管，当α突然增大到180°或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使d U成为正弦半波，级半周期d U为正弦波，另外半周期d U为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，即失控现象。因此该电路在实际应用中需要加设续流二极管。 综上所述：单相桥式半控整流电路具有线路简单、调整方便的优点。但输出电压脉动冲大，负载电流脉冲大（电阻性负载时），且整流变压器二次绕组中存在直流分量,使铁心磁化，变压器不能充分利用。而单相桥式全控整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点。因此选择方案一的单相桥式全控整流电路。
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
多用户电能表 定义： 多用户电能表是用来测量电能的仪表,能够同时检测 36户（单相）、12户（三相）及36户以下单三相任意组 合的电能表俗称多用户电表。 主要功能和技术特点： 1．模块化结构设计 采用最为可靠的PIC单片机作为电能表的主控制芯 片，从根源上提升电能表的品质。 采用大规模专用集成电路采集电能信号，能精确计量正负两个方向的电能，且以同一方向累计，有效的杜绝了偷、漏电现象。 各个功能单元之间的接口标准化，方便用户升级。 纵向乖直结构设计，强弱电采用镀锌屏蔽板隔离，可避免强电对弱电干扰。 内部电源三相供电，电源缺相，电能表照常工作；具有电源缺相指示功能。2．三核设计 采用三个CPU，通讯交互、计量、显示由不同的CPU负责，各司其职，保证通讯时不丢脉冲，使计量更准确，通讯响应更迅速。 3．显示设计 显示CPU负责动态扫描显示，避免静电辐射式显示乱码现象，同时具有无线或有线发送显示数据到第二显示屏的功能。 同步显示每个用户的电量和功率，方便用户随时查看自己的用电情况。（可选） 4．通讯设计 通讯采用防雷设计，当通讯线路中因为外界的干扰突然产生尖峰或电压时，能在极短的时问内导通分流从而避免浪涌对回路中设备的损害。 通讯速率灵活设置(可以现场设置更改通讯波特率(300bps—115kbps)，通讯方式选择组合使用，可实现实时通讯的最佳效果。为用广升级改造网络提供支持。（可选） 通讯方式多样：485总线网络、局域网网络，无线网络、电话网络、GPRS
网络、光纤等传输方式。 5．分户计量设计 可同时计量与检测DF型：39户（单相）/13户（三相），DF—SD型36户（单相）/12户（三相）。 单三相随意组合设置，方便用户统一调配资源。 【企业简介】 山东科大中天位于中国院士泰山创业基地，注册基金1150万元，由中国科学院宋振骐院士汇聚多位院士等业内高端专家，充分依托山东科技大学联合中国矿业大学与山东大学等多所高校院所组建而成。 以节能监测为主导产业，集产品研发、制造、销售、教学实习于一体，富有高度社会责任感。公司充分依托高校技术和人才优势，建立高效的产、学、研平台，确保技术开发和新产品研制始终处于同行业领先水平。公司成立至今，先后成为国家级高新技术企业、山东省企业技术中心、山东省软件工程技术中心、山东省物联网重点企业、山东省著名商标、山东名牌、国家重点计量器具先进单位、计量保证确认合格单位等，产品通过ISO9001认证、3C认证及双软认证，并由中国人民保险公司质量承保，获多项国家专利证书，被列为工程建设推荐产品，公司是中国房地产及住宅建设委员会会员单位，长期享受科技部、省财政厅、信息产业厅及中小企业局等部门的技术创新专项基金扶持，被列为山东省重点扶持企业和重合同守信用企业、泰安市文明信用企业。 公司自主研发的核心产品“宏天”牌DF型多用户集中式电能表等能耗计量的高端系列产品、智能物业管理的成套技术以及节能用电管理系统、水电气暖、一卡通系统、企业能耗监测与能效管理系统等。提出了创新节能方案+管理软件+系统集成系统组件，利用多用户管理模块、多元化通讯模块、集中式计量模块，专业提供基于PDCA全过程的能耗实时监测和动态管理系统及个性化、智能化的节能增效系统解决方案。为管理者和决策者实现量化控制提供智能化和集约平台。
一、单相费控智能电能表的面板和液晶显示说明 面板说明：液晶显示屏下方从左至右依次有脉冲指示灯、跳闸指示灯、报警指示灯。 1.脉冲指示灯：用来指示用户用电功率状况，用电负 荷功率越大，该指示灯闪亮的频率越快，反之越慢。当用户不用电时，不亮。用电恢复后该灯继续随负荷功率的大小闪亮。 2.跳闸指示灯：跳闸指示灯常亮表示电能表处于拉闸 状态；合闸时灭。 3.报警指示灯：常亮表示电能表处于报警状态；正常 时灭。 4.报警功能：当出现下列故障或报警项时，LCD立即 停留在该代码上或报警提示，且背光灯持续点亮。 5.电能表故障类异常提示信息码如下： 1.Err-01控制回路错误； 2.Err-02 ESAM错误； 3.Err-04 时钟电池电压低； 4.Err-08 时钟故障； 5.Err-10 认证错误； 6.Err-16 修改密钥错误; 7.Err-56 有功电能方向改变。 6.椭圆形的红外是代表红外通讯接口。
二、智能电能表推广应用热点问题解答 1、什么是智能电能表？它与普通机械式电能表有什么区别？ 智能电能表是指除具有准确计量用户使用的电能外，还具备远程停送电、异常报警、信息传输与交互等功能的电子式电能表。与传统的机械式电能表相比，它功能多、功耗低、体积小，可实现本地和远程通信，其应用能及时、完整、准确获取电力用户用电信息，实现与客户、智能用电设备的信息交互与控制，极大的方便居民生活，减少电网能源损耗，提高供电服务质量。 机械式电能表只具备单一电能计量功能，表计功耗高、体积大，不能实现信息传输与交互，不便于供电企业提高优质服务水平和方便居民生活。 2、智能电能表的工作原理是什么？ 智能电能表是电子式电能表的一种，其工作原理是表内的测量单元将输入的电压、电流信号转变为数字信号，再将数字信号交由表内数据处理单元进行计数，从而计算实际使用的电能量。 3、什么是低压集抄技术？ 低压集抄技术即低压电力客户集中自动抄表技术，它通过低压电力线载波进行通讯和数据的实时传输，实现电能表电量等数据的自动抄读。该技术是近年来高新技术普及应用的结果，也是智能电网建设的重要组成部分，其目的是为了方便居民的生活和提高电力部门的服务质量。目前，在西欧国家得到了广泛应用。
单相桥式全控整流电路的设计一、 1. 设计方案及原理 1.1 原理方框图 触发电路 驱动电路 整流主电路 负载 1.2 主电路的设计 电阻负载主电路主电路原理图如下： 1.3主电路原理说明 1.3.1电阻负载主电路原理 （1）在u2正半波的（０～α）区间，晶闸管VT1、VT4承受正向电压，但无触发脉冲，晶闸管VT2、VT3承受反向电压。因此在0～α区间，4个晶闸管都不导通。假如4个晶闸管的漏电阻相等，则Ut1.4= Ut2.3=1/2u2。 （2）在u2正半波的（α～π）区间，在ωｔ＝α时刻，触发晶闸管VT1、VT4使其导通。 （3）在u2负半波的（π～π＋α）区间，在π～π＋α区间，晶闸管VT2、VT3承受正向电压，因无触发脉冲而处于关断状态，晶闸管 VT1、VT4承受反向电压也不导通。 （4）在u2负半波的（π＋α～２π）区间，在ωｔ＝π＋α时刻，触发晶闸管VT2、VT3使其元件导通，负载电流沿 b→VT3→R→VT2→α→T的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压（ud=-u2）和电流，且波形相位相同。
1.4整流电路参数的计算 电阻负载的参数计算如下： （1） 整流输出电压的平均值可按下式计算 U d=0.45U2（1+cos ） （1-1） 当α=0时，取得最大值，即= 0.9 ，取=100V则U d =90V，α=180o 时，=0。α角的移相范围为180o。 （2） 负载电流平均值为 I d=U d/R=0.45U2（1+cos ）/R (1-2) (3)负载电流有效值，即变压器二次侧绕组电流的有效值为 I2=U2/R (1-3) (4)流过晶闸管电流有效值为 IVT= I2/ （1-4） 二、元器件的选择 晶闸管的选取 晶闸管的主要参数如下： ①额定电压U TN 通常取和中较小的，再取靠近标准的电压等级作为晶闸管型的额定电压。在选用管子时，额定电压应为正常工作峰值电压的2～3倍， 以保证电路的工作安全。 晶闸管的额定电压 U TN=（2～3）U TM（2-1） U TM:工作电路中加在管子上的最大瞬时电压
国网单相智能电能表设计概要 随着电子技术的迅速发展和不断成熟，电子式电能表在我国得到了广泛的使用，成为主要的电能量贸易结算器具，在电网技术由自动化向智能化方向发展的趋势下，电子式电能表将向智能电能表过渡。智能电能表在电能量计量的基础上具有信息存储及处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能，数据安全传输和存储是实现以上功能的基础，因此如何保证信息传递、信息保存的安全性已经成为智能电能表的关键性因素。 1智能电能表基本架构 1.1基本架构 （1）硬件架构 智能电能表在硬件上主要包括电压/电流采样电路、计量单元、中央控制单元（MCU）、电源模块、存储单元、控制回路、红外通信、IC卡接口、安全论证单元等部分组成，其中数据安全防护重点为数据存储区和通信接口。在数据存贮方面，采用FLASH芯片和EEPROM两种芯片，FLASH芯片容量大，成本较低，但擦写次数一般为10万次，所以主要存储负荷曲线、事件记录等历史数据；EEPROM芯片单片存贮容量较小，价格相对较高，但一般存储电量、金额以及表计的设置参数等重要数据。在对外通信接口方面，红外通信接口、485通信接口、CPU 卡接口以及以窄带载波，其它近距离无线和无线公网为主的其他通信接口,暂不考虑。 电压 采样 电流采样计量 芯片 MCU单元 存储 单元 控制 回路 485接口 电源 模块 实时 时钟 通讯 单元 功率脉冲 输出 红外通信 Lc卡接口 LC D显示 操作接口图1 智能电能表硬件框图 （2）功能架构 智能电能表以电能量计量、信息存储及处理、实时监测、自动控制、信息交互功能为特征，根据国网公司的要求，有以下功能： 计量功能：正确计量正反向总有功电量，并单独存储； 费率时段：正确计量各费率时段有功电量和总有功电量； 数据存储和冻结功能：存储结算日或按照约定的时间或时间间隔的总电能、各费率电能、需量等信息； 事件记录：存储失压、失流、断相、开盖、远程控制等事件发生时间、结束时间和相应的电能量数据；
DDZY105型 单相远程费控智能电能表 使用说明书
一、概述 DDZY105型单相远程费控智能电能表，是根据国家电网“统一坚强智能电网”建设的总体要求，在国网公司智能电表系列标准的基础上研制而成的新一代智能电能表。 该电能表采用了超大规模数字信号处理芯片、永久保存信息的存贮器、485通讯、载波通讯和红外通讯、大画面宽温液晶显示等先进技术。电能表采用了先进的SMT表面贴装工艺，外壳采用高强度、阻燃环保材料、造型新颖、美观适用,具有较高的绝缘强度和耐腐蚀性。该表集众多功能于一体，具有电能量计量、信息存储及处理、实时监测、信息交互等功能。 二、依据标准和规范 该智能电能表设计、测试、制造均符合或超过国家标准和电力行业标准。 ● GB/T 15284—2002 《多费率电能表特殊要求》 ● GB/T 17215.321—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/T 17215.211—2006 《交流电测量设备通用要求试验和试验条件-第11部分：测量设备》 ● GB/T 15464—1995 《仪器仪表包装通用技术条件》 ●《广东电网公司RS-485接口单相电子式电能表通讯规约（第二版）》 ● DL/T 614—2007 《多功能电能表》 ● DL/T 645—2007 《多功能电能表通信协议》 ● DL/T 566－1995 《电压失压计时器技术条件》 ● Q/GDW 205—2008 《电能计量器具条码》 ● Q/GDW 354—2009 《智能电能表功能规范》 ● Q/GDW 355—2009 《单相智能电能表型式规范》 ● Q/GDW 364—2009 《单相智能电能表技术规范》 ● Q/GDW365—2009 《智能电能表信息交换安全认证技术规范》 三、工作原理 3.1 工作原理说明 智能电表工作时，电压、电流经传感器件转换为采样信号通过滤波处理后送入计量芯片，计量芯片将能量信号转化为脉冲信号送到CPU进行电量脉冲采集，电量累计和各项计算分析处理，其结果保存在数据存贮中；同时CPU完成红外、485通讯、LCD显示等功能处理。电表带有硬时钟电路，保证时钟在标称温度下时钟日误差小于0.5s/d。数据安全性上采用冗余设计，数据采用多重备份，确保计量数据可靠。 3.2 工作原理框图
【特点及用途】 1. 采用先进的集成电路设计和SMT工艺制造，其特点是高精度、宽负载、低功耗、抗干扰能力强。配有红外、RS485和载波通信接口。是一款具有电能量计量、信息存储及处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能的电能表。 2.适用范围：计量额定频率为50Hz的交流单相正、反向有功电能。 3.产品符合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/T15284-2002《多费率电能表特殊要求》、DL/T 645-2007《多功能电能表通信规约》、 Q/GDW 364-2009 《单相智能电能表技术规范》的全部技术要求。 4.功能配置表 注：“▲”代表该型号电能表有此功能
【规格及主要技术参数】 1. 规格： 本公司可根据用户要求定制各种规格的电能表。 2、主要技术参数： 2.1 基本误差： 2.2 电气参数（参比条件下测得）: 起动电流：0.4 % Ib 功耗：电压线路< 1.5W, 6.0V A 电流线路< 1.0V A 潜动：具有逻辑防潜动电路
时钟误差< 0.5秒/日(23℃) 液晶使用寿命：>10年 掉电存贮时间：>20年 【功能介绍】 1.计量功能 1.1正向有功电量计量：电能表自动计量正向累计有功 电量，并分别计量正向尖、峰、平、谷各费率电量。 1.2反向有功电量计量：电能表自动计量反向累计有功 电量，并分别计量反向尖、峰、平、谷各费率电量。 当反向用电时，电能表给出反向指示。 1.3组合电量计量：电能表可根据“组合电量模式字（可 设置）”，进行组合总电量和各费率电量的计量。1.4本地费控智能电能表具有电费计算功能。计费方式 有分时电价和阶梯电价，对应分时电价电能表和阶 梯电价电能表两种。分时电价电能表根据尖、峰、 平、谷各费率的正、反向用电量累加和，分别按相 应费率的电价计算电费。阶梯电价电能表根据当月 的实际用电量，按照预设的阶梯电价分段计算电费。 1.5瞬时参量测量：电能表可测量电压、火线电流、零 线电流、功率、功率因数等参量。 2.分时费率功能
本结构及尺寸适用CPU 卡式和射频卡式的2级单相本地费控智能电能表（CPU 卡、射频卡通过电能表型号进行区分标识）；本结构的外观、开盖尺寸、侧视/后视图尺寸、接线芯尺寸、接线端子等简图参见A.1～A.5，接线端子定义参见表A-1、表A-2。图中未单独注出公差的尺寸的允许公差遵照GB/T 1804-2000的要求执行（以下同）。 A .1 电能表外观简图 脉冲红 外报警 跳闸2 国家电网 制造厂商名称 R 2009年 XXXXXX型单相本地费控智能电能表 A .2 电能表开盖尺寸简图
A.3电能表侧视/后视尺寸简图
A.4电能表接线芯尺寸简图 电流60A及以下电流60A以上互感器接入式 电流端子接线孔外口采用倒角 A.5电能表端子接线图
直接接入式 表A-1直接接入式电能表接线端子定义 1 相线接线端子7 脉冲接线端子 2 相线接线端子8 脉冲接线端子 3 零线接线端子9 多功能输出口接线端子 4 零线接线端子10 多功能输出口接线端子 5 跳闸控制端子11 485-A接线端子 6 跳闸控制端子12 485-B接线端子 1 相线入 零线入234 相线出 零线出经互感器接入式 表A-2经互感器接入式电能表接线端子定义 1 电流接线端子7 脉冲接线端子 2 电流接线端子8 脉冲接线端子 3 相线接线端子9 多功能输出口接线端子 4 零线接线端子10 多功能输出口接线端子 5 跳闸控制端子11 485-A接线端子 6 跳闸控制端子12 485-B接线端子
附 录 B 单相本地费控智能电能表（载波）尺寸图 本结构及尺寸适用于CPU 卡式和射频卡式2级本地费控智能电能表（载波），其中CPU 卡、射频卡通过电能表型号进行区分，电能表载波模块外置。本结构的外观、开盖尺寸、侧视/后视图尺寸、接线芯尺寸、接线端子等简图参见图B.1～B.5，接线端子的定义参见表B-1、表B-2；载波通信模块结构要求见附录E 。 B .1 电能表外观简图 脉冲红 外报警 跳闸2 国家电网 制造厂商名称 R 2009年 RXD TXD XXXXXX型单相本地费控智能电能表(载波)
1 单相桥式整流电路设计 单相桥式整流电路可分为单相桥式相控整流电路和单相桥式半控整流电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。下面分析两种单相桥式整流电路在带电感性负载的工作情况。 单相半控整流电路的优点是：线路简单、调整方便。弱点是：输出电压脉动冲大，负载电流脉冲大（电阻性负载时），且整流变压器二次绕组中存在直流分量,使铁心磁化，变压器不能充分利用。而单相全控式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点。 单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2 倍，在相同的负载下流过晶闸管的平均电流减小一半；且功率因数提高了一半。 单相半波相控整流电路因其性能较差，实际中很少采用，在中小功率场合采用更多的是单相全控桥式整流电路。 根据以上的比较分析因此选择的方案为单相全控桥式整流电路（负载为阻感性负载）。 1.1 元器件的选择 1.1.1 晶闸管的介绍 晶管又称为晶体闸流管，可控硅整流（Silico n Con trolled Rectifier--SCR ）, 开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代; 20 世纪80 年代以来，开始被性能更好的全控型器件取代。能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，以被广泛应用于相控整流、逆变、交流调压、直流变换等领域，成为功率低频（200Hz 以下）装置中的主要器件。晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型--普通晶闸管。广义上讲，晶闸管还包括其许多类型的派生器件 1）晶闸管的结构晶闸管是大功率器件，工作时产生大量的热，因此必须安装散热器。 晶闸管有螺栓型和平板型两种封装 引出阳极A、阴极K和门极（或称栅极）G三个联接端。 对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便
DDZY150C-Z（C）单相本地费控智能电表一、产品概述： ddzy150c型单相本地费控智能电能表（cpu卡）是本公司研制生产的智能型电能计量产品，适用于额定电压220v、频率50hz的单相交流有功电能的计量。具有独立的调制式红外光口和 1 路rs485 通讯口；具有ic卡口，可支持本地费控功能；该表具有高可靠、高精度、长寿命等优点。它适应电压范围宽，且整机出厂后无须调整。可广泛应用于城市、农村或工厂企业单相交流电的计量场合。 二、型号分类： 1、ddzy150c:带cpu卡控制；带rs485通讯功能； 2、ddzy150c-z:带cpu卡控制；带rs485+红外通讯功能；带载波通讯。 三、引用标准： 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/t17215.301—2007《多功能电能表特殊要求》 dl/t 698—1999《低压电力用户集中抄表系统技术条件》 dl/t645—2007《多功能电能表通信协议》 q/gdw 354—2009智能电能表功能规范 q/gdw 355—2009单相智能电能表型式规范 q/gdw 364—2009单相智能电能表技术规范 q/gdw 365—2009智能电能表信息交换安全认证技术规范 四、主要功能特点： 1、计量功能 a）具有正向有功电能、反向有功电能计量功能，能存储其数据，并可以据此设置组合有功。
b）具有分时计量功能，有功电能量按相应的时段分别累计、存储总、尖、峰、平、谷电能量。 c）可存储上12个月的总电能和各费率电能量；数据存储分界时刻为月末24时，或在每月1号至28号内的整点时刻。 2、费控功能 费控功能的实现分为本地和远程两种方式：本地方式通过cpu卡、射频卡等固态介质实现。 2.1 本地费控电能表 在电能表内进行电费实时计算，其主要功能包括： a）当剩余金额小于或等于设定的报警金额时，电能表能以声、光或其他方式提醒用户；透支金额应实时记录，当透支金额低于设定的透支门限金额时，电能表发出断电信号，控制负荷开关中断供电；当电能表接收到有效的续交电费信息后，首先扣除透支金额，当剩余金额大于设定值（默认为零）时，方可通过远程或本地方式使电能表处于允许合闸状态，由人工本地恢复供电。 b）剩余金额不能超过设计允许的电能表最大储值金额；最大储值金额由电能表显示位数决定。 c）电能表的预存电费金额应能与表内的剩余金额进行准确迭加，并能将剩余金额、电能表用电参数等信息返写至固态介质。 d）电能表不接受非指定介质输入的任何信息。当使用非指定介质或进行非法操作时，电能表能进行有效防护；在非指定介质或非法操作撤销后，电能表能 正常工作且数据不丢失。 g）通过固态介质对电能表进行参数设置、预存电费、信息返写、esam数据抄读和下发远程控制命令操作时，需通过严格的密码验证及安全认证，除用户购电信息外的其他用电参数设置还应通过编程键和编程密码验证使电能表处于编程允许状态下方可进行。 2.2 远程费控电能表 电费计算在远程售电系统中完成，表内不存储、显示与电费、电价相关信息。电能表接收远程售电系统下发的拉闸、允许合闸、esam数据抄读指令时，需通过严格的密码验证及安全认证。 可通过虚拟介质对电能表内的用电参数进行设置；
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 摘要 (1) Abstract (2) 1 绪论 (3) 1.1 课题背景和意义 (3) 1.2 电能表的发展历史和现状 (3) 1.2.1 电能表的发展历史 (3) 1.2.2 电能表的研究现状 (3) 1.3 本文研究内容 (4) 2 电能表工作原理及ADE7755介绍 (6) 2.1 电能表工作原理 (6) 2.2 ADE7755介绍 (7) 2.2.1 外部引脚及功能说明 (7) 2.2.2 功能简介及功能框图 (9) 2.2.3 ADE7755工作原理 (11) 3 电能表的硬件设计 (12) 3.1 控制系统设计 (12) 3.1.1 单片机AT89C51简介 (12) 3.1.2 最小单片机系统设计 (13) 3.2 电能计量模块设计 (14)
3.3 LCD1602显示模块设计 (15) 3.3.1 LCD1602工作原理 (15) 3.3.2 LCD1602电路设计 (15) 3.4 数据存储模块设计 (16) 3.4.1 24C02简介 (16) 3.4.2 数据存储电路设计 (17) 3.5 电源模块设计 (18) 3.6 PCB图 (19) 4 电能表的软件设计 (20) 4.1 软件开发环境简介 (20) 4.2 主程序模块 (21) 4.3 按键扫描中断子程序 (22) 4.4 LCD1602显示程序 (23) 5 设计结果及分析 (25) 结论 (26) 致谢 (27) 参考文献 (28)
目录 1．概述 (2) 1.1性能 (2) 1.2 工作原理： (3) 2．技术参数： (3) 2.1 规格及技术参数： (3) 3．使用说明 (5) 3.1液晶显示示意图如下表： (5) 3.2 状态指示灯 (5) 3.3 数据显示： (5) 4.电表功能 (6) 4.1 计量功能： (6) 4.2 费控功能： (6) 4.3 负荷开关： (6) 4.5 安全认证加密： (7) 4.6 测量及监测： (7) 4.7事件记录： (7) 4.8 费率、时段功能： (7) 4.9 冻结功能 (8) 4.10 报警功能 (8) 4.11 显示功能 (8) 4.12 通讯接口 (10) 5. 表外形尺寸图及接线图 (10) 5.1外形尺寸图： (10) 5.2 接线图 (10) 5.3 脉冲输出接线图： (11) 6.运输贮存与保证期限 (12)
1．概述 DDZY22-Z型单相费控智能电能表，采用当今最先进的电能表专用集成电路、微处理器、永久保存信息的不挥发性存贮器、宽温液晶显示等技术和SMT 工艺设计、制造，是高精度、宽负载、高灵敏、低功耗，供计量额定频率为50/60Hz 的单相电网中的交流有功电能，该表集众多功能于一体，实现了正、反向有功、分时电能计量以及远传实时电压、电流、零线电流、功率、功率因数等，并可通过远程售电系统实现用户“先买后用”的预付费功能，又可灵活预置多种功能：冻结电量、故障报警、自动断电、开盖记录、自动抄表等功能。以PC机和掌上电脑为媒介实现用户与供电部门计算机的信息传输。本表还具有红外、RS485接口，方便电力部门实现计算机网络管理。并采用多种软件、硬件抗干扰措施，保证电表可靠运行，从而适应了电力部门对用户有效及时地现代化科学管理需求。 供电部门可通过计算机和远程售电管理系统对用户预置购电量，并可设置剩余报警电量、跳闸报警电量、协议透支电量等。此电能表一表一加密模块，智能表上的所有数据信息均经加密处理，保障了用户的用电利益，同时售电管理系统中存储用户地址、姓名、以及此用户表的出厂表号、表常数等信息，便于用电管理与用电监察。 1.1性能 1.1.1、电能表的线路设计和元器件的选择以较大的环境允差为依据，因此可保证整机长期稳定工作。精度基本不受频率，温度、电压变化影响。整机体积小，重量轻，密封性能好，可靠性较其它同类产品有明显提高，为方便供电部门对表的标准化管理，表内设有误差微调装置。 1.1.2、当电源失电后，不可充环保锂电池作为后备电源，保证内部数据不丢失，日历，时钟、时段程序控制功能正常运行，来电后自动投入运行。在电能表端钮盒上设置有光电耦合隔离脉冲输出接口，以便于进行误差测试或脉冲采集，脉冲输出常数与标牌标志的表常数一致。 1.1.3、电表运行信息可由低压电力线载波、掌上电脑，RS485接口三种媒介传
1 引言 电力电子技术是利用电力电子器件实现工业规模电能变换的技术，有时也称为功率电子技术。一般情况下，它是将一种形式的工业电能转换成另一种形式的工业电能。是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。随着科学技术的日益发展,人们对电路的要求也越来越高,由于在生产实际中需要大小可调的直流电源,而相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定,利用它可以方便地得到大中、小各种容量的直流电能,是目前获得直流电能的主要方法,得到了广泛应用。 要得到直流电，除了直流发电机外，最普遍应用的是利用各种半导体元件产生直流电。这个方法中，整流是最基础的一步。整流，即利用具有单向导电特性的器件，把方向和大小交变的电流变换为直流电。整流的基础是整流电路。整流电路（Rectifier）是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。典型的单相可控整流电路包括单相半波可控整流电路、单相整流电路、单相全波可控整流电路及单相桥式半控整流电路等。单相可控整流电路的交流侧接单相电源。 这次课程设计我设计的是单相桥式全控整流电路电阻性负载，与单相半波可控整流电路相比，桥式全控的电源利用率更高一些，应用范围更广泛一些。 2 单相桥式全控整流电路 2.1 单相桥式全控整流电路带电阻负载的工作情况分析 单相桥式全控整流电路带电阻负载电路如图2-1： 图2.1 单相桥式全控整流电路原理图
在单相桥式全控整流电路，闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。在u2正半周（即a 点电位高于b 点电位），若4个晶闸管均不导通，id=0,ud=0,VT1、VT4串联承受电压u2。在触发角a 处给VT1和VT4加触发脉冲，VT1和VT4即导通，电流从电源a 端经VT1、R 、VT4流回电源b 端。当u2过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1和VT4关断。在u2负半周，仍在触发角a 处触发VT2和VT3，VT2和VT3导通，电流从电源b 端流出，经VT3、R 、VT2流回电源a 端。到u2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。 在u2负半周，仍在触发延迟角a 处触发VT2和VT3（VT2和VT3的a=0处为ωt=Π），VT2和VT3导通，电流从电源b 端流出，经VT3,R,VT2流回电源a 端。到u2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为22U2和2U2。由于在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载，故该电路为全波整流。 整流电压平均值为： ?+=+==παααπωωπ2 cos 19.02cos 122)(d sin 21 222U U t t U U d 向负载输出的直流平均电流为： 2 cos 19.02cos 12222ααπ+=+==R U R U R U I d d 晶闸管VT 1、VT 4 和 VT 2、VT 3 轮流导电，流过晶闸管的电流平均值只有输出直流电流平均值的一半，即 2 cos 145.0212α+==R U I I d dT b c) d u V 图2.2单相桥式全控整流电路波形
单相多功能电能表现场校验仪 多功能电能表现场校验仪是专门为现场校验单、三相有功和无功感应式和电子式电能表以及其它多种电工仪表而设计开发的一款便携式设备。广泛应用于电力、冶金、化工、烟草、纺织、铁路、船舶、物业等行业。为电力计量部门在不拆电表、不停电的情况下现场进行电度表误差校验以及电力稽查部门对偷窃电违法行为的查证提供了方便的解决方案。
一、技术条件 1. 一般使用条件 1.1 环境条件 使用环境温度：23℃±1℃；使用环境湿度：40%～60%R.Ｈ.； 1.2 电源 单相：AC220V±33V；频率：50±2.5Hz 2. 技术指标 2.1 装置准确度等级：0.05级/0.1级 2.2 输出电压： 量程：220V 调节范围：0~120% 调节细度：优于 0.01% 输出稳定度：≤0.03%/3分钟 输出失真度：≤0.5% 输出容量：15VA/表位 负载特性：阻性、感性和容性 容性负载：小于0.47uF/表位 谐波输出：2~21次谐波，含量≤40%； 2.3 输出电流：
量程：1mA、10mA、0.1A、0.25A、1A、2.5A、5A、10A、25A、50A、100A 调节范围：0~120%，最大输出电流：120A 调节细度：优于 0.01% 输出稳定度：≤0.05%/3分钟 输出失真度：≤0.5% 最大输出容量：电压回路600VA,电流回路1000VA 负载特性：阻性、感性 启动电流输出：0.1mA(最小)，准确度：≤5% 谐波输出： 2~21次谐波，含量≤40%； 偶次谐波（波群控制）； 奇次谐波（可控硅波形）； 2.4 输出功率： 稳定度：≤0.05%/2分钟，起动功率：准确度≤5%； 2. 5 输出相位： 调节范围：0~359.99°，调节细度：0.01° 2. 6输出频率： 调节范围：45~65Hz，调节细度：优于0.01 Hz
多用户电能表是用来测量电能的仪表，能够同时检测36户（单相），12户（三相）及36户以下单三相任意组合的电能表俗称多用户电表。 中文名：多用户电能表 外文名：无 功能：用来测量电能的仪表 优势：抗干扰能力强； 组合36户以下单三相任意 功能 具有预付费功能/后付费
浅谈什么是多用户电能表，民熔 根据相应的国家标准，电能表的型号由相关厂家向电能表产品型号登记单位（国家主管部门、哈尔滨电气仪表研究所）申请，并依法取得相应的型号。多用户电表型号为ddshxxx，XXX代表生产厂家的序列号。
下图为预付费电表售用电系统示意图 浅谈什么是多用户电能表，民熔 浅谈什么是多用户电能表，民熔 ※电表结构采用模块化设计，抗干扰能力强；
※具有实时功率显示功能，可实时显示用户的用电负荷； ※可同时计量与检测36户（单相）或12户（三相），表箱体积小，安装方便；采用专用电能表测量电路，测量周期短，精度高，性能稳定； 计量准确，使用寿命长，有效防止窃电，便于管理； 具有电源失相指示功能； ※内部电源三相供电，电源缺相，仪表正常工作； ※仪表进出线采用专用端子，方便现场施工。 浅谈什么是多用户电能表，民熔
KD80 多用户电能表 设计型号： KD 80- XS + YD/?? KD：产品型号T80：功能代号XS:三相户数YD:单相户数?：扩展代号 注： 1，当电表出户为单相时，电表规格表示为：KD80-YD,如：当出户为单相6户时，电表规格为：KD80-6D; 2，当电表出户为三相时，电表规格表示为：KD80-XS,如：当出户为三相6户时，电表规格为：KD80-6S; 3，当电表出户为单相/三相时，电表规格表示为：KD80-XS+YD,如当出户为3个三相户和3个单相户，电表规格为：KDT80-3S+3D.
单相智能电表硬件设计 物理与电子信息学院电气工程及其自动化学号： 指导教师： 摘要：本文设计单相智能电表的硬件电路。主要由CPU模块、电能计量模块和电压电流采样模块、显示模块、电源模块、时钟模块、存储模块、通讯模块组成。电压电流采样模块采用分流器和精密电阻实现对市电的转换；电能计量模块采用ADE7755计量芯片实现对电流、电压的测量与转换；时钟模块采用DS12C887时钟芯片为系统提供时钟基准，存储模块采用AT24C04，显示模块用1602液晶，通信模块采用MAX485芯片，并利用AT89C52组成的CPU模块控制所有芯片的工作、测量、计算电能，送往显示模块和存储模块进行实时显示。该电度表成本低、使用方便、安全可靠、具有广泛的应用前景。 关键词：智能电表;计量芯片;时钟芯片 Hardware Design of Single-phase Smart Meter College of Physics and Electronic Information Electrical Engineering and Automation No: Tutor: Abstract: This article designs hardware electric circuit of the single-phase intelligent electric instrument. The intelligent ammeter is mainly composed of CPU module, electric energy metering module, the voltage and current sampling module, display module, power module, clock module, storage module, communication module. Voltage and current sampling module use shunt and precision resistor to realize the conversion of electricity. Electric energy metering module uses ADE7755 chip to realize measurement and conversion of the voltage and current. Clock module uses DS12C887 chip to provide the clock benchmark for the system. Memory module uses AT24C04. Display module uses 1602 liquid crystal. Communication module uses MAX485 chip. The system use the AT89C52 composed of CPU module to 1
工业应用技术学院 课程设计任务书 题目单相半控桥式晶闸管整流电路的设计 专业、班级学号 主要容、基本要求、主要参考资料等： 一、主要容 （1）电源电压：交流220V/50Hz （2）输出电压围：20V-50V （3）最大输出电流：10A （4）电源效率不低于70% 二、基本要求 1、主要技术指标 （1）具有过流保护功能，动作电流为12A； （2）具有稳压功能。 2、设计要求 （1）合理选择晶闸管型号； （2）完成电路理论设计、绘制电路图、电路图典型波形并进行模拟仿真。 二、主要参考资料 [1] 王兆安，黄俊，电力电子技术（第4版）[M]，北京：机械工业，2000. [2] 王兆安，明勋，电力电子设备设计和应用手册（第2版）[M]，北京：机械工业，2005. [4] 康华光，大钦，电子技术基础-模拟部分（第5版）[M]，北京：高等教育，2005. [4] 治明，电力电子器件基础[M]，北京：机械工业，2005. [5] 吴丙申，模拟电路基础[M]，北京：北京理工大学，2007.
[6] 马建国，孟宪元，电力设计自动化技术基础[M]，北京：清华大学，2004. 完成期限： 指导教师签名： 课程负责人签名： 年月日
1.设计的基本要求 1.1 设计的主要参数及要求： 设计要求：1、电源电压：交流220V/50Hz 2、输出电压围：20V-50V 3、最大输出电流：10A 4、具有过流保护功能，动作电流：12A 5、具有稳压功能 6、电源效率不低于70% 1.2 设计的主要功能 单相桥式半控整流电路的工作特点是晶闸管触发导通，而整流二极管在阳极电压高于阴极电压时自然导通。单相桥式整流电路在感性负载电流连续时，当相控角α<90°时，可实现将交流电功率变为直流电功率的相控整流；在α>90°时，可实现将直流电返送至交流电网的有源逆变。在有源逆变状态工作时，相控角不应过大，以确保不发生换相（换流）失败事故。 2.总体系统的设计 2.1 主电路方案论证 方案1：单相半控桥式整流电路（含续流二极管） 单相桥式半控整流电路虽然具有电路简单、调整方便、使用元件少等优点，而且不会导致失控显现，续流期间导电回路中只有一个管压降，少了一个管压降，有利于降低损耗。 方案2：单相半控桥式整流二极管（不含续流二极管） 不含续流二极管的电路具有自续流能力，但一旦出现异常，会导致：一只晶闸管与两只二极管之间轮流导电，其输出电压失去控制，这种情况称之为“失控”。失控时的的输出电压相当于单相半波不可控整流时的电压波形。在失控情况下工作的晶闸管由于连续导通很容易因过载而损坏。因为半导体本身具有续流作用，半控电路只能将交流电能转变为直流电能，而直流电能不能返回到交流电能中去，即能量只能单方向传递。 经过比较本设计选择方案一含续流二极管的单相半控桥式整流电路能更好的达到设计要求。 2.2 主电路结构及其工作原理