三相智能电表设计毕业论文
目录
摘要 (1)
ABSTRACT (2)
1 绪论 (5)
1.1课题选择背景及目的 (5)
1.2 国外研究状况 (5)
1.3 课题设计研究方法 (6)
2 系统整体方案设计 (7)
2.1 系统设计思路 (7)
2.2 方案论证 (7)
2.2.1 三相电参数的测试与计量方案论证与比较 (7)
2.2.2多功能化模块的方案论证与比较 (8)
2.2.3 电压、电流采样方案论证与比较 (9)
2.3 本设计的主要工作 (10)
3 系统硬件设计 (11)
3.1 硬件整体系统设计 (11)
3.2 电源电路设计 (12)
3.2.1工作原理 (13)
3.2.2 变压模块 (14)
3.2.3 整流模块 (14)
3.2.4 滤波模块 (14)
3.2.5 稳压模块 (15)
3.3 电压电流采样处理单元 (17)
3.3.1 ATT7030A 简介 (17)
3.3.2 ATT7030A 引脚定义 (18)
3.3.3 ATT7030A 结构框图 (20)
3.3.4 电压电流输入电路 (21)
3.3.5 有功功率、有功电能测量 (22)
3.3.6 功率极性判断 (24)
3.3.7 电压失调检测 (24)
3.3.8三相三线制和三相四线制应用 (24)
3.3.9电能输出脉冲电路 (25)
3.3.10 校准 (26)
3.4 CPU中央处理单元 (29)
3.4.1 CPU选择 (30)
3.4.2 数据存储模块 (32)
3.4.3 显示模块 (37)
3.4.4 键盘模块 (42)
3.4.5 485通讯模块 (43)
3.4.6 红外通信模块 (46)
4 系统软件设计 (50)
4.1 系统主程序 (50)
4.2 键盘程序 (51)
4.3 电能脉冲计量程序 (53)
4.4 MAX7219初始化及显示程序 (55)
4.4.1 MAX7219 初始化 (55)
4.4.2 显示程序 (56)
4.5 X5045相关程序 (57)
4.6 485通信程序 (59)
4.7 红外通信程序 (61)
5 测试结果与分析 (63)
6 结论及前景展望 (65)
课题设计参考文献 (66)
致谢 (67)
附录一：系统程序 (68)
附录二：英文文献及译文 (86)
1 绪论
1.1课题选择背景及目的
伴随着我国工业化进程的前进步伐，工业及居民用电急剧增加，庞大的供电网络给用电管理单位带来了巨大挑战，也给居民工厂带来了诸多不便。为此我国在“十二五规划”中提出建设“智能电网”的解决方案，实现电网、计算机网、电信网三网融合。传统的机械式电表及电子式电表无论是在计量精度还是在信息传递方面都难以满足“智能电网”的需求，在这种情况下智能电表应运而生。智能电表是指具有多功能化、智能化、网络化等功能的新式电表，是智能电网的基本设备之一，承担着原始电能数据采集、计量和传输的任务。
智能电表设计的课题研究富有实用价值和市场前景。首先，智能电表能够更方便、精确地计量电能，数字显示界面更加直观方便；其次其智能化可以帮助管理单位实现远程管理、提醒居民按时缴费、详细记录用电明细表。节省了管理单位的人力、物力资源。最后智能电表可以通过加密防止用户窃电，安全性更高。
1.2 国外研究状况
欧美科技公司在智能电表方面的研究已经走在了世界前列，也主宰着电能测量IC的主要市场。如美国ADI公司的ADE78××系列电量测量IC不仅
精度达到0.1%,而且具备各种防窃电功能；荷兰的恩智浦公司推出的基于ARM Cortex的MCU解决方案——LPC1700系列功能更加强大；此外还有美国飞思卡尔半导体公司的9S08MZ60、MZ96、MZ128MCU，炬力公司的ATT70××系列等电表IC，及德国西门子公司基于Blackfin的智能电表都以其丰富的功能为智能电表的设计提供了方案。
国智能电表的设计尚处于起步阶段，主要集中在应用方面，电量测量ASIC则主要依赖进口产品。在2007年12月初，国家发改委发布了《多功能电能表》和《多功能电能表通信协议》两个行业标准，2009年10月，国家电网公司公布了智能电表新标准，提高了电表在计量、费控、通信、功耗、电子线路布线等技术指标，含有MCU成为必选项，要求有更高的计算能力。随着我国智能电网的建设，智能电表的大规模应用即将启动，预计2015年我国智能电表覆盖率80%，2020年达到100%。
可见我国的智能电表设计研究还有很大的潜力空间，智能电表在网络化、智能化、多功能化等方面还需要我们继续深入研究。
1.3 课题设计研究方法
本课题主要对能精确测量电能并具有智能管理功能的电表的设计方法进行研究。研究的具体容如下。
1、实现智能电表精确测量，达到1级精度要求的具体方法。此处涉及
到电量计量芯片的选择、CPU的选择、软件算法的构架、PCB布局等影响测量精度因素的研究。
2、实现电表智能化管理的具体方法。涉及到的研究容有：数据存储的实现方法、键盘显示的实现、系统通过RS485与上位机通信实现方法、系统通过红外与其他设备通讯的实现方法。
3、实现系统供电电源设计的具体方法。此处涉及到交流电源转直流稳压电源的研究。
2 系统整体方案设计
2.1 系统设计思路
分析课题需求，将系统整体分为电量测量和智能管理两部分。电量测量部分选用高精度、高可靠性的电量测量ASIC实现，能够完成三相电量的准确计量。该部分是设计的关键和基础。智能管理部分除核心元件微处理器外，还需要人机交互模块、数据存储模块及通讯模块。该部分是实现电表“多功能化”的重要组成部分，对其要求是智能化程度高，易于功能扩展。
2.2 方案论证
2.2.1 三相电参数的测试与计量方案论证与比较
该部分是本系统设计的关键部分，要求电路结构简单、可靠、功能全面，能够完成预定功能。目前，关于三相电参数的测试与计量主要有两种技术方案。
1、传统的模数转换和相位检测技术
被测三相电压、三相电流通过相应互感器转变为能被后端电路接收的电信号，变化之后的信号需要做两方面的处理，一方面检测电压电流的相位差，确定功率因数，另一方面线性调整信号，传输给后端的A/D转换器。电压、电流转换后的数字量和功率因数值传输给CPU处理器，根据三相功率、三相能量等电参数的计算公式计算相应的各个电参数，并对计算数据做相应处理。
该方案存在电路结构复杂，参数测试误差大，编程复杂、故障排除复杂等缺点。该技术方案已不再适用于工业环境中三相电能表的电参数测量。
2、专用的三相电参数测试与计量技术
随着大规模集成电路的迅速发展，有关电参数测量的集成电路市场上出现了多种专用产品，针对不同的电参量可以选用不同的产品。目前，在我们国比较流行的电量测试与计量芯片主要有美国ADI公司生产的ADE7755，美国CIRRUS LOGIC公司生产的CS5460，美国炬力公司生产的
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。
机械式电能表和电子式电能表比较 一。工作原理： 目前使用的电能表有两种：一种是机械式电能表（又称感应式电能表），一种是电子式电能表。它们由于出现的年代不一样，因而其工作原理截然不同。 机械式电能表的工作原理是：当电能表接入电路时，电压线圈和电流线圈产生的磁通穿过圆盘，这些磁通在时间和空间上不同相，分别在圆盘上感应出涡流，由于磁通与涡流的相互作用而产生转动力矩使圆盘转动，因磁钢的制动作用，使圆盘的转速达到匀速运动，由于磁通与电路中的电压和电流成正比例，使圆盘在其作用下以正比于负载电流的转速运动，圆盘的转动经蜗杆传动到计度器，计度器的示数就是电路中实际所使用的电能。 电子式电能表是近几年随着电子工业的发展而出现的，它是利用电子电路/芯片来测量电能；用分压电阻或电压互感器将电压信号变成可用于电子测量的小信号，用分流器或电流互感器将电流信号变成可用于电子测量的小信号，利用专用的电能测量芯片将变换好的电压、电流信号进行模拟或数字乘法，并对电能进行累计，然后输出频率与电能成正比的脉冲信号；脉冲信号驱动步进马达带动机械计度器显示，或送微计算机处理后进行数码显示。 二。电能表简单分类： 电能表是专门用来测量电能累积值的仪表，电力企业用以计量发电量，用电量、供电量、损耗电量、销售电量等数值均依赖于电能表。所以有人也把电能表比作电力工业销售产品的一杆秤。 上面所说的机械式电能表与电子式电能表是按照电能表的结构原理进行分类的，也是最常用的分类方法。除了这种分类之外，电能表还可以按以下标准进行分类： 1、按照所测不同电流种类可分为：直流式和交流式二种。 2、按照电能表的用途可分为：单相电能表、三相有功电能表、三相无功电能表、
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）
目录 1、概述 (1) 性能 (1) 制造标准 (1) 工作原理 (2) 主要功能 (2) 技术参数 (3) 2、基本功能 (4) 计量功能 (4) 电参量测量功能 (6) 电压监测功能 (7) 电网负荷曲线数据记录功能 (7) 事件记录功能 (8) 远方编程抄表功能 (8) 停电抄表功能 (8) 冻结数据功能 (8) 费率功能 (9) 背光显示功能 (9) 安全认证功能 (9) 3、显示 (10) 全屏显示画面 (10) 液晶显示说明 (10) 按键 (11) 显示内容说明 (11) 4、电表使用方法 (14) 安装 (14) 电表显示 (16) 参数设置 (18) 最大需量清零 (18) 故障报警显示 (19) 5、电能测量四象限的定义 (19) 6、显示 (20) 按键 (20) 显示内容说明 (20)
1概述 1.1特点 DSZ22/DTZ22系列三相智能电能表采用当今流行的高精度电能表设计方案，将高精度的A/D转换、高速DSP数字信号处理功能和高性能MCU完善的管理功能结合，采用永久保存信息的不挥发性内存、全隔离标准RS485串行数据通讯接口、红外通讯接口、汉字大画面超扭曲宽温液晶显示等先进技术，采用了SMT电子装联等当代先进的新工艺，是在充分考虑中国国情，严格按照国家标准、IEC、国网标准精心制造的高精度电能表。 该表集众智能多功能于一体，显示和远传实时电压、电流、功率等，且可按部颁标准和用户要求实现全部失压、失流记录、报警、显示功能，可有效地杜绝窃电行为，可广泛用于变电站、台区配变和企事业单位。 可根据用户要求和现场需要，通过负控终端或市话网或移动通讯网以及其它传输形式，组成远方抄表管理系统，实现电力部门营业抄表、负荷监控等远动控制，从而顺应了电力部门有效及时地对用户现代化科学管理的要求。接口通讯协议和数据结构符合DL/T645-2007标准，也可按用户要求制作其它形式的通讯规约。 1.2制造标准 GB/T 《多功能电能表特殊要求》 GB/T 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 《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 《交流电测量设备特殊要求第22部分：静止式有功电能表（级和 级）》 GB/T 《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）》 DL/T 614-2007《多功能电能表》 DL/T 645-2007《多功能电能表通讯规约》 DL/T 556-1997《电压失压定时器技术条件》 Q/GDW 205－2008 《电能计量器具条码》 Q/GDW 356－2009 《三相智能电能表型式规范》 Q/GDW 354－2009 《智能电能表功能规范》
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
课程：计算机组成原理 智 能 电 表 分析设计报告 院系：安徽工程大学机电学院 专业：计算机与软件工程系 班级：软件1402 组长：李和林 组员：秦伟刘宣杨佳伯转转许展邵明 时间：
姓名职责
目录 第一章系统整体方案设计 (4) 1.1智能电表系统设计思路 (4) 1.2方案论证 (4) 1.2.1三相电参数的测试与计量方案论证与比较 (4) 1.2.2多功能化模块的方案论证与比较 (5) 1.2.3电压电流采样方案论证与比较 (6) 1.3通信标准的选择 (7) 1.4系统总体方案确定 (8) 第二章系统硬件设计 (9) 2.1硬件整体系统设计 (9) 2.2电源电路设计 (10) 2.2.1工作原理 (10) 2.2.2变压模块 (11) 2.2.3稳压模块 (11) 2.3电压电流采样处理单元 (12) 2.3.1 ATT7030A简介 (12) 2.3.2 ATT7030A结构框图 (13) 2.3.3电能输出脉冲电路 (13) 2.4 CPU中央处理单元 (14) 2.4.1 CPU功能 (14) 2.4.2 CPU选择 (15) 2.4.3数据存储模块 (16) 2.4.4显示模块 (18) 2.4.5 红外通信模块 (20) 2.4.6键盘模块 (22) 2.4.7 485通讯模块 (23) 第三章系统软件设计 (24) 3.1软件设计的基本原则 (24) 3.2系统软件设计 (25) 3.2.1接收数据与通信的程序设计 (25) 第四章总结 (29)
第一章系统整体方案设计 1.1智能电表系统设计思路 将智能电表系统整体分为电量测量和智能管理两部分。电量测量部分选用高精度、高可靠性的电量测量ASIC实现，能够完成三相电量的准确计量。该部分是设计的关键和基础。智能管理部分除核心元件微处理器外，还需要人机交互模块、数据存储模块及通讯模块。该部分是实现电表“多功能化”的重要组成部分，对其要求是智能化程度高，易于功能扩展。 1.2方案论证 1.2.1三相电参数的测试与计量方案论证与比较 该部分是本系统设计的关键部分，要求电路结构简单、可靠、功能全面，能够完成预定功能。目前，关于三相电参数的测试与计量主要有两种技术方案。 传统的模数转换和相位检测技术 被测三相电压、三相电流通过相应互感器转变为能被后端电路接收的电信号，变化之后的信号需要做两方面的处理，一方面检测电压电流的相位差，确定功率因数，另一方面线性调整信号，传输给后端的A/D转换器。电压、电流转换后的数字量和功率因数值传输给CPU处理器，根据三相功率、三相能量等电参数的计算公式计算相应的各个电参数，并对计算数据做相应处理。 该方案存在电路结构复杂，参数测试误差大，编程复杂、故障排除复杂等缺点。该技术方案已不再适用于工业环境中三相电能表的电参数测量。
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/d410771287.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
电子式电能表的结构和工作原理 第一节 机电式电能表的结构和工作原理 机电式电能表主要由感应式测量机构、光电转换器和分频器、计数器三大部分组成，工作原理框图如图3-1所示。 图3-1 机电式电能表的工作原理框图 感应式测量机构的主要作用是将电能信号转变为转盘的转数，具体的结构及工作原理已在第一章介绍。 光电转换器的作用是将正比于电能的转盘转数转换为电脉冲，此脉冲数也正比于被测电能，即应满足如下关系 111mn C N C W = = 式中 W ——为被测电能，kW ·h ； m ——为转换后输出的总脉冲数，imp ； n 1——代表每输出一个脉冲转盘应转动的圈数，r ／imp ； C ——电能表常数，r ／（kW ·h ）。 例如，某种机电式电能表的转盘每转一圈发出2个脉冲，即 n 1＝0.5r ／imp, 电能表常数C ＝1500r ／（kW ·h ），则每输出一个脉冲代表的电能数为 00033.03000 15.011500 1≈= ??= W （kW ·h ） 即这种机电式电能表每输出一个电脉冲代表负载耗电0.00033kW ·h 。 经过简单的光电转换得到的初始电能脉冲信号，由于波形不理想不能直接送至计数器计数或微处理器处理，还必须先经过整形放大、限幅限宽等一系列处理，如图3-2所示。 图3-2 光电转换器的工作原理图 分频器和计数器的主要作用是对经光电转换器转换成的脉冲信号进行分频、计数，从而得到所测量的电能。 由以上分析可以看出，光电转换器是机电式电能表的关键部分。因此，下面将着重
介绍光电转换器的结构和工作原理。 根据光电转换器的不同，机电式电能表可分为单向脉冲式和双向脉冲式两种类型。 一、单向脉冲式电能表 单向脉冲式电能表的光电转换器主要包括光电头和光电转换电路两部分。 1．光电头 光电头由发光器件和光敏器件组成。机电式电能表的光电头多采用红外发光二极管（简称“发光管”）和光敏三极管（简称“光敏管”），这样，外界的电磁波、可见光等干扰都不会影响信号的检测。具体的方法是通过在感应式测量机构的转盘上进行分度并做标记，如打孔、铣槽或印上黑色分度线条等，用穿透式或反射式光电头发射光束，采集转盘旋转时的标记得到初始脉冲。 两种典型光电头的安装结构如图3-3所示。图3-3（α）为穿透式光电头，在转盘上钻有若干个小孔，发光管和光敏管分别安装在转盘的上、下两侧，光敏管通过接收透射光产生脉冲输出。图3-3（b）是反射式光电头，在转盘边缘均匀地印有黑色分度线，发光管和光敏管安装在转盘的同一侧，光敏管通过接受反射光，产生脉冲输出。 (α) (b) 图3-3 光电头安装结构示意图 (α)穿透式；(b)反射式 发光管和光敏管都是光电转换器的主要器件，正确的选择和使用它们是决定光电转换器的质量及其实用性的关键。 2．光电转换电路 一种最基本的光电转换电路如图3-4所示。当光敏管接收到较强的光照时，处于导通状态，光电流增加，V1导通，作用到V2和V3组成的射极耦合放大器上，使输出电压呈高电平；反之，当光敏管接收到的光照较弱时，处于截止状态，相应的输出电压呈低电平。 图3-4 基本的光电转换电路 实用的光电转换电路还应具有误动作判断功能，以及将输出初始脉冲整形、放大、
摘要 随着我国社会经济的发展，居民用电量剧增。传统的人工抄表收取电费的方式，已不能满足现代化管理的要求，实现多用户能耗仪表的自动抄表已经成为可能，特别是建设部提出来的小康型住宅小区的规划要求，并逐步实行能耗仪表出户的统一管理，实现微机自动检测、计量和收费。本文针对目前居民小区的电能计量中实际存在的各种问题，设计了一种实用的远程自动抄表系统。该系统具有成本低廉、计量准确、工作稳定可靠和系统安装维护方便等特点。 本文对整个抄表系统进行了较为全面的设计，着重对系统底层的能耗数据的采集和集中、数据通信网络和通信方式等做了较为详细的设计。在硬件上对CPU 数据存储及其监控电路、数据传输、通信标准、时钟电路、串口扩展、电能采集和显示电路都做了详细的论述。并且广泛应用的RS-485电气接口的串行通讯技术作为通讯方式。在软件上对数据进行采集、通信、显示子程序、校验子程序等做了详细的说明。同时，本文还对系统中的干扰问题进行了深入细致的分析，并在硬件和软件上担出了有效的抗干扰技术。 该远程抄表系统实现了多用户的电能信息的远程自动抄录，能够实现住宅能耗计量的高质量和高效率管理。 关键词：远程抄表；数据通信；AT89C51；RS-485
Abstract With social and economic development electric power is used increasingly, Traditional charge of electric fare by manual labor can’t satisfy the demand for modern man management.Automatic meter reading system(AMRS)has a possibility to be put into reality.Especially for the well-to-do uptown,the Construct Department of China has demanded to realize automatic meter reading,measuring and charging with computer.This article aims at the existing problems.Thus,I designed an automatic meter reading system of calorie.The strong point of this system is:lows cost,precise measuring,stable working,and easy to install and maintain. The article gives an all-round design of this system.It expatiates on detail designs of data capturing and collecting,data communication network and mode.In this thesis,about the hardware,a particular explanation of the choice of CPU、inspect circuit、data memory etc were given.And it uses asynchronous serial communication technology based on RS-485electric interface as communication means.The software,we give the program of impulse collection、communication、display and so on.At the same time,the noise questions existing in the analyzed and the effective anti-noise methods on hardware and o software are presented. This Long-distance meter reading system realizes the multi-user power information remote automatic transcribing,can realize residential energy consumption of high quality and high efficiency metrology management. Keyword:Remote meter reading;Data-communication;AT89C51;RS-485
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
电能计量作为计量工作的一个重要组成部分，是电力企业生产经营管理及电网安全运行的重要环节，其技术水平不仅事关电力工业的发展和电力企业的形象，而且影响电能贸易结算的公平、公正和准确、可靠，关系到电力企业、广大电力用户的利益。 近年来，电子式电能表在国际、国内得到了迅速推广。国外许多ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｃｉｒｃｕｉｔ）厂家不失时机的推出了各种电子式电能表专用芯片。目前国内较为常用的电子式电能表芯片有美国ＣｉｒｒｕｓＬｏｇｉｃ公司的ＣＳ５４６０Ａ、ＣＳ５４６３Ａ、美国ＡＤＩ公司的ＡＤＥ７７５８、珠海炬力公司的ＡＴＴ７０２２、日本ＴＤＫ公司的７１Ｍ６５１３Ｈ等。其中ＣＳ５４６３Ａ是美国ＣｉｒｒｕｓＬｏｇｉｃ公司生产的专用于电力参数测量的单相双向功率／电能ＩＣ，可以精确测量和计量有功电能、无功电能、瞬时功率、ＩＲＭＳ和ＶＲＭＳ，具有与微控制器通讯的ＳＰＩ口。 本文基于电能计量芯片ＣＳ５４６３Ａ设计了一种电子式多功能电能表。该表可计量正反向有功电能、正反向无功电能、四象限无功电能；能够测量Ａ、Ｂ、Ｃ各相电压、电流、视在功率、有功功率、无功功率、功率因数、相角、频率；计量正反向有功需量及８费率分时需量；能分时计量最多８费率的电能量及需量数据；计量变压器铜损、铁损；具有电能冻结功能、显示与抄表功能、监控与事件记录功能、自检功能、负荷曲线记录功能、权限与安全管理功能、ＩＣ卡参数设置功能；具有两路独立的ＲＳ４８５通信接口，一路红外光通信接口。 本文所设计的多功能电子式电能表原理框图如图１所示。该电能表由电流互感器、专业电能计量芯片ＣＳ５４６３Ａ、计量微处理器、管理微处理器、实时时钟、数据接口设备（如通信接口、ＩＣ卡接口）和人机接口 基于电能计量芯片ＣＳ５４６３Ａ 的电子式电能表的设计 ＤｅｓｉｇｎｏｆＷａｔｔ－ｈｏｕｒＭｅｔｅｒＢａｓｅｄｏｎＥｎｅｒｇｙＩＣＣＳ５４６３Ａ 甘建平朱青 湖南大学电气与信息工程学院（长沙４１００８２） 摘要：针对目前应用需求设计了一款新型多功能电子式电能表。本文主要介绍该电能表的主要功能以及所采用的电能计量芯片CS5463A的特性、工作原理以及在电子式电能表中的应用电路，最后介绍了CS5463A 芯片通讯接口的实现。 Abstract
三相多功能电能表的设计 摘要：本文通过对以往电能表产品的分析，提出了高精度三相多功能电能表的设计方案，0.02 SB1300电能表是根据已经批准的宽范围和多用途的标准电子式电能表产品而设计的。本文探讨了高精度多功能电能表的模拟通道设计，采样电路设计，信号处理和控制电路设计，以及系统和结构设计的方法及特点，介绍了基于ARM和DSP的三相多功能电能表的设计方案，并探讨了有关电能表关键部件设计的问题。 关键词：三相电能表;模块化结构; DSP;电能表ARM;设计方案 1引言 随着电力行业改革的深化，工业三相多功能高精度电能表的需求迅速增加。在目前，国内市场上多功能电能表的品种有限，价格高，功能不完善，多是针对特殊应用领域设计的，而不能普遍使用，且一些产品低于国家标准。在本文中，一个多用途的高精度标准电子式电能表的设计将解决这些问题。 如今，一些外国公司采取了国内市场的0.02（及以上）宽范围和多用途标准电能表。鉴于实际需求，本文基于0.05标准电能表的设计而设计了一款新的0.02 SB1300三相宽范围和多功能的标准电子式电能表。本文设计的电能表应用了DSP 和大范围测量技术，并使用了ARM作为其核心处理器，测量误差0.02。在结构上，采用模块化结构设计，包括模块化通道板，信号采集板，测量计算板，核心控制器板，并且采用先进的大型集成电路。因此，新电能表具有许多优点：系统结构简单，运行可靠，良好的人机交互界面，重量轻，体积小，可以长期应用于工作领域以及实验室。 2设计原则 2.1 工作原理 三相宽范围和多用途标准电子式电能表的设计原理如图表所示:
图1 三相宽范围和多用途标准电子式电能表的设计原理 模拟信道变化和测量信号的分离：测量电压由精度电压传感器采样，测量电流由电流传感器采样并转换为电压信号。模拟信道还执行通道的自动切换功能。 信号采集电路主要采用16位A/D转换器，能够同时获得6个测量信号的采样结果，并对每个电压信号和电流信号进行转换，并最终通过串行方式发送到DSP。 测量计算电路主要采用DSP，能够高速的对采样信号进行处理并将结果发送到ARM ISA总线。ARM来对这些结果进行处理并实现人机交互和每一个测量功能。 2.2 测量原理 这里用到了面积取样法，同样插值法在采样点的正值与负值间得到了应用。通过逐次逼近方法，能够发现零点。这零点和第一次的采样面积之间的时间已经获得，测量信号的频率在一个周期的采样点的基础上可以计算。 应用傅里叶变换来衡量的活跃度和无功功率。由于没有同步现场取样的使用会导致额外的误差，，窗口功能可用于消除这种误差。 当波形失真时，波动幅度和谐波相位就能够测量，然后就可以绘制出频谱曲线。 3模拟通道设计 3.1 模拟采样通道 本文中，六个通道同时有电流输入，且六个通道电压和电流信号输入到模拟通道。输入电压通道采用电阻分压器电路，可调增益放大器用于实现当电压通道发生变化时，电压能够始终满足A/D转换器采样输入的要求水平。A/D转换器的优点是，它可以在相当长的时间跨度里可靠地工作在线性区域，其缺点是线性区域是有限的。在本文中，在电流传感器采样中采用电子补偿及转换电路，还有非
山东科技大学 本科毕业设计（论文）开题报告题目多功能智能电表设计 学院名称信息与电气工程学院 专业班级电气工程及其自动化2009级4班 学生姓名赵宗营 学号 200901101238 指导教师白兴振 填表时间： 2013年 3月 23日
部分系统组成： 1)智能远传表。远传表是具有脉冲输出的水表、电表、气表、热表等计量表的统称，远传表的计量方式与传统表基本相同，但远传表在原传统表上增加了脉冲输出功能，发出的每一个脉冲都能记录一定的计量值，然后使智能采集器远传表输出端口采集脉冲。 2)智能采集器。智能采集器主要功能是能同时采集水表、电表、气表、热表等输出的脉冲信息，同时将这些脉冲信息进行转换，成为认可的计量的物理量，然后将这些物理量存储在各采集器的存储器中，再通过管理计算机，对任意一户的耗能信息能进行查询，并且根据管理计算机的抄表等命令将用户信息上传。 3)智能转换器。智能转换器的主要功能是完成与采集器的数据通信工作，同时向采集器下达电量数据冻结命令，通常的转化器是定时循环接收采集器的电量数据，或者是依据设计原则接收某个电表以及某组电表的一些数据。达到完成与主站的通讯的目的。 4)智能系统管理软件。智能系统管理软件的基础是通讯，核心是数据库，智能系统管理软件具有提供数据处理、查询、统计、报表、备份等多种功能，智能系统管理软件可以采用面向对象，也可以模块化，能灵活支持不同客户要求，譬如特殊格式报表、权限控制等状况。同时智能系统管理软件具有网络通讯功能，可以与其它管理软件接口，对设置通讯参数;电表管理，设置电表的原始参数、地址、及其状态;费率管理等都可以可设置多种费率，以及管理用户的结算方式等功能。 3、新型智能电表的优势 新型智能电表是采用电子集成电路的设计，同时具有远传通信、与电脑联网并采用软件进行控制的功能，因此，新型智能电表与传统与感应式电表比较，具有以下优势： 1)功耗非常低。一块电子元件设计方式的新型智能电表功耗仅有0.6～0.7W
目录 一、概述 ........................................................ - 3 - 1.1、性能..................................................... - 3 - 二、规格与主要技术参数：........................................ - 4 - 2.1、规格..................................................... - 4 - 2.2、主要技术参数：........................................... - 5 - 三、计量 ........................................................ - 6 - 3.1、计量功能................................................. - 7 - 3.2、电压监测功能............................................. - 9 - 3.3、电流监测功能............................................ - 10 - 四、功能 ....................................................... - 10 - 4.1、报警功能................................................ - 10 - 4.2、断电控制................................................ - 10 - 4.3、开盖报警................................................ - 11 - 4.4、停电.................................................... - 11 - 4.5、时段控制................................................ - 11 - 4.6、自动结算功能............................................ - 11 - 4.7、数据冻结功能........................................... - 12 - 4.8、事件记录功能........................................... - 12 - 4.9、通讯功能................................................ - 13 - 五、电表使用方法............................................... - 14 - 5.1、调整、校验.............................................. - 14 - 5.2、安装.................................................... - 15 - 5.3、抄表.................................................... - 17 - 5.4、更换电池................................................ - 17 - 5.5、最大需量清零............................................ - 18 - 六、显示 ....................................................... - 18 - 6.1、显示画面符号定义........................................ - 18 - 6.2、循显画面................................................ - 19 - 6.3、故障报警显示............................................ - 23 - 七、通讯 ....................................................... - 24 - 八、运输贮存与保证期限......................................... - 24 - 8.1、运输.................................................... - 24 -
智能家用电能表的设计方 案研究民熔 随着我国经济的飞速发展和人们生活水平的不断提高，我国“一户一表”的政策也得到了相应的实施。同时对城网和农网的改造也陆续改造完成，因此居民电能表的数量也陆续的增多，就使得传统的人工抄表模式无法适应当下的统计分析模式，传统的人工报表无法对用户的用电情况进行科学合理的监控和管理。随着电价的不断改革，供电部门需要从用户处获得相应的数据信息才能达到迅速的出账。 现在的居民区已经广泛的铺设了WIFI无线网络并通过WIFI和采集器进行通讯，而且还实现相对较长距离的无线远程自动抄表工作。在以芯片嵌入的基础上所设计出的电能表，其在操纵系统被开发的整体的环境下通过红外等先进方式进行一定的数据通信。 关键词：智能家用电能表无线网路操作系统 其中，电力公司通过用户处用最快的速度获得更多的数据信息，这些数据信息包括电能需量、分时电量以及复合曲线等。该文针对职能家用电能表的相关设计进行一定的研究和探索。
其中，电力公司通过用户处用最快的速度获得更多的数据信息，这些数据信息包括电能需量、分时电量以及复合曲线等。该文针对职能家用电能表的相关设计进行一定的研究和探索。 1、显示千瓦 2、显示，使用千瓦时 3、在数小时内显示测量周期 4、显示美元和美分能源成本 5、掉电检测和电源开关 6、液晶显示模块显示了几个同时读 7、标定功率，相位偏移 8、调整美分/千瓦时成本 9、调整掉电阑值电压，校准，滞后和持续时间 智能电表的定义所调智能电表，就是应用计算机技术，通讯技术等，形成以智能芯片（如CPU）为核心，具有电功率计量计时、记费、与上位机通讯、用电管理等功能的电度表。 智能电表通过用户交费对智能IC卡充值并输入电表中，电表才能供电，表中电量用完后自动拉闸断电，从而有效地解决上门抄表和收电费难的问题。并对用户的购电信息实行微机管理，方便进行查询、统计、收费及打印票据等。 智能电表带给用户的好处智能电表较普通机械式电能表有
基于CS5451A 的三相多功能电能表设计 上网时间 : 2006年06月14日 打 印 版 推 荐 给 同 仁 发 送 查 询 随着电子技术的飞速发展，电能表的集成度越来越高，在三相多功能电表市场上，主要有两种架构：电能计量芯片加微控制器；A/D 转换芯片加微处理器。第一种方案成本比较低，功能主要取决于电能芯片，微控制器不能进行复杂的数据处理，所以不具有谐波分析功能。第二种方案可以通过复杂的数据处理，实现非常多的功能。本文主要介绍基于CS5451A +TMS320F2801的三相多功能电表设计。 CS5451A 是Cirrus Logic 公司为能源测量工业设计的高度集成的Δ-Σ A/D 转换器。CS5451A 在一个芯片上集成了6个Δ-Σ A/D 转换器、滤波器和一个与微控制器或DSP 相联接的串行接口。CS5451A 与一个变流器或可测量电流的分流器和电阻分割器或测量用变压器直接连接。同时该产品已被初始化和功能完全设置，并包括一个参考电压。 TMS320C28x 系列数字信号控制器 是业界第一款32位基于DSP 的控 制器，具有板载Flash 存储器和高 达150MIPS 的性能，它们针对于工 业自动化、数字电源、汽车控制以 及高级传感应用。C28x 内核是世界 上最高性能控制优化内核，提供计 算带宽来实时处理许多复杂的控制 算法，如无传感速度控制、随机 PWM 以及功率因数校正。C28x 还 提供了足以与一般MCU 相匹敌的 C 代码效率，与C2000系列中的当前器件完全代码兼容。 硬件设计 图1所示为本方案的硬件框图，本方案按功能可分成以下几个模块： 电压转化模块是一个电阻网络，用分压电阻的方法，把三相电压信号转化成三个400mV 的信号，经过阻容滤波送入CS5451A(见图2)。 图1：基于CS5451A+TMS320F2801的三相多功能电表框图。