MSP430单片机的多功能复费率三相电能表

基于MSP430与BL0932复费率多用户抄表系统于 柏1， 李永峰2（1.天津商业大学信息工程学院，天津 300134； 2.天津光电通信北瑞技术有限公司，天津 300211） 摘 要: 本文介绍了MSP430F133和双向电能计量电度表集成电路BL0932应用于多用户电量采集、计量的设计思路与实现方法。

详细阐述了系统的硬件结构、软件设计、计量原理和控制策略等。

关 键 词: MSP430F133；BL0932；脉冲计量；数据处理中图法分类号：TP216+.2 文献标识码：BElectric Meter System with Various Charge Standards for Multiple Users Based onMSP430F133 and BL0932YU Bai1, LI Yongfeng2(1. School of Information Engineering, Tianjin University of Commerce, Tianjin,300134;2. Beirui Technology Limited Company,Tianjin Photoelectrical Correspondence,Tianjin,300211)Abstract: In this paper, design idea and realization method of electric quantity measurement for multiple users based on MSP430F133 and BL0932 have been introduced. BL0932 is a special integrated circuit for the electric meter with bidirectional electric quantity measurement. Hardware architecture, software design, measurement principle and control strategy of the system have been introduced, etc.Key words: MSP430F133；BL0932；Pulse measurement；Data processing1 引 言随着社会经济的高速发展，用电量的需求越来越大，使电力系统负载曲线的峰谷差加剧；用电高峰期电网负载过大，影响了用电质量；而在用电低谷期，电网富余很大的负载能力，不能得到充分利用。

基于MSP430F147的智能三相电力计量仪表的设计与实现摘要：在本文中，将就基于MSP430F147的智能三相电力计量仪表的设计与实现进行一定的研究，在对三相电参数计算、测量方式进行探入探讨的基础上在仪表中增加现场编程以及组网能力。

关键词：MSP430F147；智能三相电力计量仪表；设计；实现1 引言电力计量仪表是电力工作开展中的重要设备类型。

在本设计中，在以MSP430F147为核心的基础上，对三相电信号进行了采集、处理、分析以及显示，并在对通信扩展功能进行实现的同时对仪表的组网管理进行了实现。

2 仪表功能设计2.1 输入信号调理电路对于信号调理电路而言，其主要通过电路以及互感器的应用将三相电流信号以及电压信号调理成转换器能够接收的电压信号。

如何能够使信号具有最小的失真特点，则成为了具体功能实现的关键内容。

在本系统中，其调理部分原理如下图所示：图1信号输入范围方面，其为0至500V，A/D所使用的为25V基准。

这就说明，在系统模拟转换的过程中，其最高电压需要在控制在25V以下：2.1.1 电压部分以UA为例，对电压调理部分进行分析。

在结构中，采样电阻为R17，由于电路处理交流信号，我们在将R17对下端接地进行设置后，在交流半轴大于UN，并使A__IN3一端的值在0V以上。

单片机方面，其A/D方面仅仅能够以单端的方式进行测量，且需要抬高信号。

根据此种要求，我们则将A/D基准输入在分压之后将其同R17下端进行相接，并将被测量信号在抬高1/2个基准电平之后抬到零电平上，以此使其能够被正常测量。

同时，在1mA线性以内，电压互感器具有着较好的线性度，以输入最大值500V进行计算，在AD工作范围内在进行滤波后对相关数据进行采样。

2.1.2 电流部分以I_IN1为例对电流的处理转换进行分析，在电流方面，其偏置电路同上述我们分析的电压部分十分相似，同样使用A/D输出信号对基准电平进行抬高，以此使A/D能够对相关信号进行正常测量。

毕业设计基于mps430电能表的原理设计摘要电能是现代社会中国民经济和人民生活的重要保障，随着社会的快速发展往往导致电能的供应与使用之间产生矛盾。

为了解决这一矛盾，电能计量的分时计费方式可以通过调节人们的用电行为，对提高电能利用的合理性和缓解电力供需矛盾具有重要价值。

但是传统的机电式电能表无法执行分时计量和分时计费的功能，因此基于单片机技术设计的新型数字电表是实现新型电能管理方式的前提。

本文首先介绍了电能表发展的历程以及现状，阐述了各种抄表计费方式并讨论了各自的优缺点，介绍了电能表技术发展的未来趋势。

然后论述了网络电能表的目标功能，对比了国内外各种系统结构设计方案优缺点，确定本课题中电能表的系统结构设计方案。

针对功能的需要，选用了TI公司的MSP430E427为MCU设计网络电能表的检测和控制系统，简化了电能表的电路设计，提升了系统的处理能力：数据采集部分采用二相电能计量专用芯片ADE77_58，以提高电能表的精度：点阵LCD模块的使用，则提供了友好的人机交互界面：在分析目前常用的系统网络架构和嵌入式接入方案的优缺点的基础上确定了电能表的网络架构和嵌入式接入方案，运用MC39i无线GPRS通讯模块，嵌入TC P/IP协议栈，实现电能量参数的远程传输：对网络电能表进行校准，确保了电能表的精度。

关键词：ADE7758 MSP430FG4619 液晶显示GPRS 通讯MC39iAbstractThe electric energy is a guarantee to national economy and daily lifein modern society. With the fast development of the society， contradiction between the demand and production of electrical energy occurs. Time-scheduled tariff system， that changes user's behavior in energy consuming and rationalizes the electrical energy utilization，is an effective and valuable measure to solve this problem. For the energy measurement the traditional mechanical electricity meter no longer can meetthe requirements of this new tariff system， and microcontroller-baseddigital E-meter becomes the prerequisite and backbone of this tariff system.The paper first introduced energy meter development's course as wellas the present situation， and elaborated each kind way of energy meter reading and discussed the respective advantages and disadvantages. Briefed the future tendency of the energy meter technological development.Then the topic elaborated the network energy meter's goal function，compared to the advantages and disadvantages of various system construction's design proposal at home and abroad to determine the issueof the energy meter construction's design. According to need of function，TI's MSP430E427 is selected as energy meter's MCU and design energy meter's testing and control system to simplify the design of energy meter's circuitand improve the system's handling ability： Data acquisition partuses electrical energy measurement special-purpose chip ADE7758 to improvethe network energy meter's precision： the use of LCD moduleprovides friendly people-machine interface： In the analysis of current commonly used system network construction and the disadvantage andadvantage of the embedded turning on plan ，the topic determine the system's network construction and the embedded turning on plan， communication module realizes the electrical energy quantity parameter long-distance transmission through the wireless GPRS MC39i and embedded TCP/IP protocol stack： The calibration of energy meter ensure the accuracy of energy meter.The paper introduced in detail the process of GPRS communication realization. According to system's own need， carried on the approprite cutting out to TCP/IP protocol stack not only simplified the TCP/IP protocol but also satisfied the network communication's request of energy meter.Key Words： ADE7758 MSP430FG4619 LCD GPRS MC39i目录第一章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 数字仪表的发展历程 (1)1.2.1 智能仪表的概念 (2)1.2.2 智能仪表的特点 (3)1.2.3 电子技术、计算机技术和网络技术的进步对智能仪表发展的推动 (4)1.2.4 虚拟仪表是智能仪表发展的新阶段 (5)1.3 国内外电能表技术发展的现状 (6)1.4 本章小结 (8)第二章总体方案 (9)2.1 测量的概念及原理 (10)2.2 电能参数的测量 (10)2.2.1 电压、电流测量 (10)2.2.2 功率测量 (11)2.3 多费率电能表的原理 (13)2.4 单项电能表原理 (15)2.5 有功电能计算 (16)2.6 最大需求量 (17)2.7 多费率电能表开发过程 (17)2.8 本章小结 (18)第三章电能表的硬件设计 (19)3. 1 硬件总体方案 (19)3.2 MSP430C3XX系列单片机 (20)3.3 中断与部分资源的应用设计 (24)3.3.1 MSP430的中断系统 (24)3.3.2 定时器的应用 (24)3.3.3 通用定时器/口 (26)3.3.4 通用口PO (27)3.3.4 中断和部分资源的综合运用 (27)3. 4 ADC14的原理与电压电流输入通道的设计 (28)3.4.1 MSP430的ADC14模数转换模块 (28)3.4.2 电压电流输入通道的设计 (30)3.5 LCD接口模块及其应用 (32)3.6 串行E2PROM接口 (34)3.7 串行通信接口的实现 (34)3.8 本章小结 (36)第四章电能表的软件设计 (37)4.1 软件开发过程与手段 (37)4.2 MSP430的指令系统 (39)4.2.1 指令系统的运行环境 (39)4.2.2 指令系统简述 (39)4.3 电能表的主流程与模块化程序设计 (40)4.4 实时时钟的产生 (42)4.5 电能测量模块的设计 (43)4.5.1 计量原理的选择 (43)4.5.2 采样频率和采样时间长度的选择 (44)4.5.3 简化扫描原理 (44)4.5.4 电能计费模块的软件设计 (48)4.6 E2PROM读写模块的设计 (49)4.6.1 I2C接口的模拟 (49)4.7 液晶显示模块 (49)4.8 串行通信协议 (50)4.9 本章小结 (52)第五章总结与结论 (53)致谢 (55)参考文献 (56)第一章绪论1.1 课题背景电能是社会生产、人民生活必需的重要能源之一，随着国民经济的不断发展，电力需求急骤上升，电力供应与电力需求出现了不平衡。

MSP430单片机的多功能复费率三相电能表发布时间：2010-5-31 发布人：21世纪电子网MSP430单片机的多功能复费率三相电能表1 引言随着国民经济的发展，企业和个人的用电量大幅提高。

现在用户的用电时间比较集中，以致电力系统的负荷曲线变化很大。

为了调整负荷曲线，充分利用发、供电设备容量，需要实现电价分时计费。

复费率电能表就是按照高峰、低谷时间分别记录用电量，以便按不同的价格收取电费，鼓励用户主动采取避峰填谷的措施，以利于供电、用电双方。

同时具有GPRS远程抄表、微机集中抄表、停电抄表、防盗电、计量有功无功电能和测量需量等功能的多功能电表可以代替几块表的功能，既节约了资金又减少了设备占用的面积，而且还降低了抄表的成本。

本文基于TI公司的MSP430F449高性能单片机给出了一个多功能复费率三相电能表的解决方案。

2 系统总体结构和功能说明整个系统分为两大模块，电能计量模块，电能数据处理及通讯模块。

电能计量模块通过电能计量专用芯片采集有功无功电能、三相电压电流值、频率和功率因素等数据。

然后，将采集到的数据通过专用数据总线传送到电能数据处理模块。

电能数据处理模块将电能数据处理后存储到flash芯片中，同时可以在液晶上实时显示电能数据。

需要抄表时，本系统提供三种通讯方式：红外、RS485和GPRS；从而可采用三种方式进行抄表：掌机抄表、微机集中抄表以及GPRS远程抄表。

系统结构图如下图所示：3 系统硬件电路设计3.1 单片机MSP430F449简介本系统中采用了TI公司的16位超低功耗高性能单片机MSP430F449，它具有64K Flash，2048Byte RAM，8通道12位高速A/D，两个UART通讯端口，同时它的内部集成有160段LCD液晶控制器，使得液晶硬件电路可以大为简化。

MSP430F449在待机模式下耗电仅为0.8μA，RAM保持模式低至0.1μA，运行时功耗为225μA/MIPS，仅需1μS时钟启动。

基于MSP430的智能电能表设计摘要基于炬力公司的高精度电能计量芯片ATT7022B，本文以超低功耗单片机MSP430F149为控制器，设计了一款三相多功能电能表。

该电表围绕DL/T 614-2007《多功能电能表》的技术要求和功能规范进行了设计。

文中详细介绍了该多功能电能表的软硬件设计方案。

引言随着我国电力事业的蓬勃发展和人民群众生活水平的不断提高，电力已成为人们生活、工作中必不缺少的组成部分。

随着居民用户电表数量的增加，人工抄表已经无法满足电力系统的管理和服务的需求。

人工抄表的工作越来越繁重，效率低、误差大、成本高，数据的统计分析准确率低且滞后，无法实现实时抄表、分时计费、实时监测供用电情况。

电力系统迫切需要电力网络技术支持，以便及时准确的获得用电管理、收费管理、供用电线损统计、分析及电力安全运行等各方面的信息。

1.系统方案根据功能要求，设计了如下的整体方案：系统包括三相多功能智能电表、红外遥控抄表器以及上位机抄表软件。

系统结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图红外遥控抄表器通过红外通信的方式完成对电能表内数据的抄取，通过RS485总线与电能表通信，实现对电能表的监测。

电能表主要由电能计量单元、电源管理、微控制器、通信单元、时钟、显示模块、报警模块、广播校时模块等组成，系统结构框图如图2所示，图2 电能表系统结构框图1、互感器完成大电压和大电流信号到小电流信号的转换。

2、电能计量模块采集互感器转换的电流信号，完成对电能的计量。

3、电能管理模块为系统提供3V、5V电源，并且完成对时钟电池和系统后备电池的充电管理。

4、显示模块完成对相关数据的显示。

5、报警模块主要完成断相、失压、电池欠压等报警功能。

6、通信模块包括红外和485通信两部分，提供了红外收发和RS485两种通信接口，辅助完成实现远程抄表、手持抄表等功能。

2.系统硬件设计2.1微控制器系统主控制器选用了MSP430F149单片机，该芯片是一种超低功耗微处理器，采用精简指令集结构，内部具有ESD保护，抗干扰能力强。

智能小区武永鑫(1970—),男,副教授,研究方向为电器工程。

基于M SP430系列单片机的多功能电能表设计武永鑫(阜阳职业技术学院,安徽阜阳　236031)摘　要:针对电能计量系统的现状,研发了一种新型的电能计量装置,其中增加了防窃电解决方案。

对基于M SP 430系列单片机的多功能电能表的软硬件设计作了详细介绍。

该电能表克服了同类产品的一些缺陷,有效增强了系统的抗干扰能力,提高了电能计量的自动化水平。

关键词:多功能电能表;单片机;电能计量;防窃电功能中图分类号:TP216　文献标识码:B 文章编号:167428417(2010)022*******0　引　言在现代社会中,电能已广泛应用于社会生产的各个领域和社会生活的各个方面。

电能表是当前电能计量和经济结算的主要工具。

随着电子技术、自动控制技术和计算机技术的迅猛发展,电能计量装置也发生了巨大变革。

新型电子式电能表的研制日益成为电力行业的迫切需求。

本文提出的电能表设计特点是系统将数据采集、电量计算、通信、显示、数据运算、存储集于一体,为实现低成本开发要求,充分利用CP U 的外设功能,使外部电路精简,解决了对CP U 资源以及外部电路进行有序、有效管理的难点问题。

本文的创新之处在于有效地增强了系统的抗干扰能力,对电表增加了防窃电解决方案。

1　硬件结构多功能电能表就是指除计量有功电能、无功电能外,还具有分时、测量需量等两种以上功能,并能显示、存储和输出数据的电能表。

本文的设计任务是完成集数据采集、电能计量、通信控制、输出显示等功能于一体的多功能电能表。

以MSP430FE427为例设计的多功能电能表的硬件结构框图如图1所示。

它由MSP430单片机单元、电源管理单元、显示单元、通信单元和外围接口等部分组成。

图1　M S P430F E427单相电能表功能框图2　软件设计2.1　系统软件设计单片机应用系统的软件设计和一般的程序软件不同,须在熟悉硬件的基础上进行设计。

基于MSP430的三相电能表SA9904B采集系统作者：苏卡欧电子股分有限公司平川来源：21IC中国电子网点击数：339 更新时间：2008-1-23 您可以添加到网摘让更多人关注此文章：文介绍由TI 公司的MSP430F435 单片机和SAMES 的SA9904B 电能测量集成芯片组合成三相电能表的无用功率和有用功率等参量的采集系统。

硬件部分MSP430F435T1 公司的MSP430 系列单片机是一种具有超低功耗的功能强大的单片机。

新开发的F 系列具有Flash 存储器，在系统设计，开发调试及实际应用上比其他MCU 都有比较明显的优势。

1、超低功耗MSP430F 系列运行在1MHZ 时钟的条件下时，工作模式不同为0.1~400uA,工作电压为1.8~3.6V。

2、超强处理能力8MIPS 的CPU 内核，16 位×16 位的硬件乘法器。

3、灵活的配置方法MSP430 F 系列具有丰富的寻址方式，只需要27 条指令；片内寄存器数多，可以实现多种运算；有高效的查表处理方法。

这一切保证了可以编译出高效的程序。

许多中断，可以嵌套，使用方便。

4、片上集成外围功能模块MSP430 F 系列集成了较多的片上外围设备。

这些外围设备功能相当强大：12 位A/D，精密模拟比较器，硬件乘法器，2 组频率可以达到8MHZ 的时钟模块，2 个带有许多捕获比较的16 位定时器，看门狗功能，2 个可实现异步和同步及多址访问的串行通信接口，数十个可实现方向的设置及中断功能的并行输入，输出端口，拥有SPI 和UASRT 通讯端口。

5、高效的开发方式MSP430FX 系列具有FLASH 存储器，这一特点使得它的开发工具相当简便。

利用单片机自身带有的JTAG 接口或片内BOOT ROM 内固化的默认的加载程序载入器Bootstrap 可以进行串口或并口，通过UART 将程序代码装入Flash 存贮器中。

可以在一台PC 及一个小JATAG 控制器的帮助下实现程序的下载，方便的完成在线程序调试SA9904BSAMES 公司的SA9904B 专用与电能测量的集成芯片，提供多功能电力测量参数：功率因子有功率、无功功率、峰值电压、峰值功率、电压电流有效值等。

基于MSP430的三相电能表SA9904B采集系统摘要本文介绍由TI 公司的MSP430F435 单片机和SAMES 的SA9904B电能测量集成芯片组合成三相电能表的无用功率和有用功率等参量的采集系统。

关键词MSP430 SA9904B 采样1、前言目前新型的电子式多功能电能表已逐渐取代老式电子电能表。

由于模数转换电路采样精度，及微处理器的价格，软件的开发难度，存在不少问题和难度。

本文基于德州仪器的MSP430F435单片机，介绍采用SAMES的SA9904B高集成度的采样芯片进行三相电能的有用功和无用功等参量的采集，取代传统的数模采样电路。

三相电能表功率参量的采样是一个十分重要的问题，其实现方式决定了电能表的测量精度及相应软件开发的难易程度，产品的整体开发成本的高低。

2、系统介绍电能表的采样方式及采用什么MCU有多种方案，不少已经投入实际使用。

但是基于MSP430 单片机采用高度集成的采集芯片SA9904B进行电流和电压采样的电能表还没有广泛投产使用。

尽管美国TI公司给出了电能表采样方案，但是其采样电路比较复杂，难于调试。

没有采用专用的电能表的采用芯片。

图1是多功能三相电能表的采样部分，合理的把TI 的MSP430单片机和SAMES的SA9904B集合，发挥各自的优势，避开复杂的采样电路的设计，采用现成的高精度采样芯片。

2.1、硬件部分：MSP430F435T1公司的MSP430系列单片机是一种具有超低功耗的功能强大的单片机。

新开发的F系列具有Flash存储器，在系统设计，开发调试及实际应用上比其他MCU都有比较明显的优势。

1、超低功耗MSP430F系列运行在1MHZ时钟的条件下时，工作模式不同为0.1~400uA,工作电压为1.8~3.6V。

2、超强处理能力8MIPS的CPU内核，16位×16位的硬件乘法器。

3、灵活的配置方法MSP430 F系列具有丰富的寻址方式，只需要27条指令；片内寄存器数多，可以实现多种运算；有高效的查表处理方法。

三相复费率电能表
三相复费率电能表是一种常见的电能计量表,用于测量三相四线制电力系统中的有功和无功功率。

这种电能表通常由多个电能计量单元组成,每个单元都测量有功功率和无功功率,并通过电子芯片进行数据处理和分析。

复费率电能表的工作原理是在电力系统中,三相电压是交替变化的,因此每个电能计量单元都测量了三相电压的变化率。

根据这个变化率,电能表可以计算出有功功率和无功功率的变化率,并根据这些变化率来计算电能的费率。

在三相复费率电能表中,有功功率和无功功率的测量是通过一个旋转的转子和一个固定的定子来实现的。

转子和定子的电压是测量有功功率的,电流是测量无功功率的。

电能表的电子设备根据测量到的电压和电流数据来计算有功和无功功率,并计算出费率。

复费率电能表通常用于电力系统中的电力监测和管理,可以用于测量各种功率和电能质量参数,如功率因数、电流密度、电压偏差等。

文章编号:1004—289X(2007)01-0046-03基于M SP430在三相交流电监测系统中的应用罗松涛1　曾兴赠2　彭侠夫2(厦门大学信息科学与技术学院,福建　厦门　361005)摘　要:介绍了以M SP430F149单片机为核心,一种实现电力参数交流采样技术的基本算法,并对其硬件和软件的结构进行了详细地阐述。

该监测设备结构简单、误差小、测量精确、价格低,可以作为测试仪器使用,也可以作为监控装置。

关键词:电力参数;交流采样;M SP430中图分类号:TM764 文献标识码:BA pp licati on of M SP430-based on T h ree-p hase E lectric Pow er M on ito r SystemL UO S ong-tao1　Z EN G X ing-z eng2　P EN G X ia-f u2 (Co llege of Info rm ati on Science and T echno logy,X iam en U n iversity,X iam en361005,Ch ina)A b stract:A basic calcu lating m ethod u sed in A C sam p ling fo r electric param eters w ith M SP430F149single ch i p m icrocom pu ter are in troduced in the paper,and in terp reted the structu re of hardw are and softw are detailedly.T he equ i pm en t is si m p le in con structi on,s m all erro rs,m easu re in p recise and low p rice,w h ich can be u sed as a testing equ i pm en t o r a m on ito r device.Key w o rds:electric param eter;A C sam p ling;M SP4301　引言为了了解电网的运行状况并保证电网安全运行,需要对电能参数进行测量、监控。

基于MSP430F149单片机的智能远传三相电表设计陈晓龙;裘友凤【摘要】电能表是电力企业收取电费的直接工具,其性能稳定性、测量准确性和可靠性关系到电力部门和用户之间的结算问题.现有的电能表集抄模式还存在着谐波干扰、人工和无线网络的传输质量与速率等问题.本文主要介绍一种基于MSP430F149单片机为核心控制处理器的智能远传三相电能表的软、硬件设计.该仪表集电量参数监测计量与显示为一体,电量参数监测采用专用测量芯片CS5460A,液晶显示.该电表具有集成度高、功能强、成本低、抗干扰能力强、功耗低等优点,能够满足电能智能化管理的要求.它还能通过ENC28J60芯片与主控制器通信连接实现数据远传功能,可以方便地实现实时监测、数据采集、查表打印、系统监控等功能,是电能表集抄未来发展的一大趋势,具有很好的应用前景.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2011(033)002【总页数】3页(P166-168)【关键词】智能电表;MSP430F149;CS5460A;ENC28J60【作者】陈晓龙;裘友凤【作者单位】江西旅游商贸职业学院,南昌,330100;江西交通职业技术学院,南昌,330013【正文语种】中文【中图分类】TP3111 智能远传三相电表硬件总体设计思路智能远传三相电表作为一种以网络为通道的远程自动抄表系统，具有实时性好、测量准确、成本低、便于管理等优点，将逐步成为电能表发展主流。

该智能远传三相电表以MSP430F149单片机为核心控制处理器，采用专用计量集成电路芯片CS5460A作为三相电能采样与数据处理，完成传统的三相电表功能；并通过ENC28J60芯片与主控制器连接实现数据远传功能。

系统硬件组成及结构框图如图1所示。

图1 硬件组成及结构系统框图该项目的硬件电路设计主要包括四个部分内容：1）单片机控制系统；2）三相电能采样与数据处理电路；3）ENC28J60芯片与主控制器通信电路；4）实现各功能要求所必需配置的外部设备，如按键、显示器等。

：！虹！里：！！ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｓｙＣｏｎａｕｌｔｉｎｇＨｅｒａｌｄ基于ＭＳＰ４３０ＦＥ４２７多功能电能表设计武永鑫１杨梅ｚ（１．阜阳职业技术学院安徽阜阳２３６０３１：２．山东淄博市广播电视信息网络中心）学术论坛摘要：电能表是当前电能计量和经济结算的主要工具，它的准确与否直接关系到国家与用户的经济利益。

文章以ＭＳＰ４３０ＦＥ４２７芯片为基础，设计的单相多功能电能表。

此表能适应工业现代化和电能管理现代化飞速发展的需求。

关键词：多功能电能表单片机电能计量ＭＳＰ４３０ＦＥ４２７中图分类号：ＴＵ１文献标识码：Ａ文章编号：１６７３一０５３４（２００７）０４（ａ）一０１９６一０３１设计背景电能表是当前电能计量和经济结算的主要工具，它的准确与否直接关系到国家与用户的经济利益。

随着电子技术，自动控制技术和计算机技术的迅猛发展，电能计量装置也发生了巨大变革。

由于电力系统的不断扩大以及对电能合理利用的探索，使市场上原来的感应系电能表暴露出准确度低、适用频率范围窄，功能单一等缺点。

为使电能计量仪器仪表适应工业现代化和电能管理现代化飞速发展的需求，新型电子式电能表的研制也日益成为电力行业的迫切需求。

微电子技术和计算机技术的高速发展是电子式电能表迅速进步，日益成熟的主要技术支撑。

准确度高，可靠性高的元器件以及大规模集成电路等的采用，使电子式电能表的使用寿命，准确度，稳定度等技术指标均显著改善。

随着自动抄表技术和综合配电自动化技术的发展，还要求新型电能表具有存储信息和交换数据的能力等。

电子式电能表以数字方式处理采集到一的信息，由此能够带来诸多优点，并使得上述功能很容易在一块表上实现。

２硬件结构多功能电能表就是指除计量有功电能、无功电能外，还具有分时、测量需量等两种以上功能，并能显示，储存和输出数据的电能表。

本系统的设计要求：完成数据采集、电能计量、通讯控制、输出显示等功能。

图ｌ为多功能电能表的硬件结构框图。

它由ＭｓＰ４３０单片机单元、电源管理单元、显示单元，通讯单元和外围接口等几部分组成。

基于MSP430的三相电能表SA9904B采集系统摘要本文介绍由公司的430435单片机和的9904电能测量集成芯片组合成三相电能表的无用功率和有用功率等参量的采集系统。

关键词4309904采样1、前言目前新型的电子式多功能电能表已逐渐取代老式电子电能表。

由于模数转换电路采样精度，及微处理器的价格，软件的开发难度，存在不少问题和难度。

本文基于德州仪器的430435单片机，介绍采用的9904高集成度的采样芯片进行三相电能的有用功和无用功等参量的采集，取代传统的数模采样电路。

三相电能表功率参量的采样是一个十分重要的问题，其实现方式决定了电能表的测量精度及相应软件开发的难易程度，产品的整体开发成本的高低。

2、系统介绍电能表的采样方式及采用什么有多种方案，不少已经投入实际使用。

但是基于430单片机采用高度集成的采集芯片9904进行电流和电压采样的电能表还没有广泛投产使用。

尽管美国公司给出了电能表采样方案，但是其采样电路比较复杂，难于调试。

没有采用专用的电能表的采用芯片。

图1是多功能三相电能表的采样部分，合理的把的430单片机和的9904集合，发挥各自的优势，避开复杂的采样电路的设计，采用现成的高精度采样芯片。

21、硬件部分4304351公司的430系列单片机是一种具有超低功耗的功能强大的单片机。

新开发的系列具有存储器，在系统设计，开发调试及实际应用上比其他都有比较明显的优势。

1、超低功耗430系列运行在1时钟的条件下时，工作模式不同为01~400,工作电压为18~36。

2、超强处理能力8的内核，16位×16位的硬件乘法器。

3、灵活的配置方法430系列具有丰富的寻址方式，只需要27条指令；片内寄存器数多，可以实现多种运算；有高效的查表处理方法。

这一切保证了可以编译出高效的程序。

许多中断，可以嵌套，使用方便。

4、片上集成外围功能模块430系列集成了较多的片上外围设备。

这些外围设备功能相当强大12位，精密模拟比较器，硬件乘法器，2组频率可以达到8的时钟模块，2个带有许多捕获比较的16位定时器，看门狗功能，2个可实现异步和同步及多址访问的串行通信接口，数十个可实现方向的设置及中断功能的并行输入，输出端口，拥有和通讯端口。

MSP430F471xx系列单片机的三相防窃电电能表设计
德州仪器的MSP430单片机系列集成了ACD，LCD液晶驱动和FlashMemory 等，相当于是集合了电能计量芯片和MCU。

这一系列芯片最突出的特点是高性能、低功耗，并且能简化PCB板线路。

MSP430F471xx系列是超低功耗微控制器，有6或7个16位sigma-deltaA/D转换器，主要用于多相电表设计。

每路可作为差分输入对和有可编程输入增益。

此外还集成了两个16位计时器,四个通用串行通信接，DMA，68个I/O引脚和具有对比度控制的LCD驱动器。

致芯科技最具实力的芯片解密、IC解密、单片机解密等解密服务机构，致芯科技拥有多年的解密服务经验和超高水平的解密技术，一直从客户利益出发，为每位客户提供最科学最合理最低成本的解密方案与解密服务，深受客户的信赖与喜爱。

MSP430F471xx的工作电压为1.8V-3.6V，工作模式在1MHz2.2V时的电流为350uA，待机模式电流为1.1uA，有5种降功耗模式。

本文介绍了MSP430F471xx 系列的主要特性，各个端口的输入/输出带施密特触发器，采用MSP430F471xx 的三相电度表，电压输入和电流输入的模拟前端，基于变压器的电表电源和采用单电容的电表电源以及电表电路图。

MSP430F471xx主要特性:
5种节电模式
低于6s静止状态唤醒时间
16BRISC构架，62.5纳秒指令时间周期
3通道内部DMA
6或者7个16通道Σ-Δ模拟到数字转化器(A/D)
差分PGA输入转化器
16位B时钟器，具有3个影子寄存器捕获/比较器
16位3寄存器比较功能A时钟
片上比较器。

摘要随着我国经济的飞速发展，电能消耗日益增加，电能成为现代社会国民经济和人民生活的重要保障。

本文所设计的新型多功能电子式电能表除了提高计量精确度外，还实现了分时计量、对异常情况进行实时监控并记录事件等功能；可提高电能的综合利用，为用户提供公正、公平的用电环境。

论文首先概述了电子式电能表的发展现状及电能测量基本原理，然后给出了系统的设计目标和总体方案，并对各个硬件电路单元进行了设计，包括电源单元、计量单元、功能管理单元、显示单元、通信接口单元等。

在软件设计方面，采用模块化软件设计理念实现了有功和无功的能量分时计量、红外通讯、RS485通讯、异常检测、按键显示及记录等功能。

最后介绍了三相电能表的抗干扰设计。

关键词：电能计量，多功能电子式电能表，复费率，A TT7022B，时钟芯片AbstractWith the rapid development of economy of our country and gradual increment of power onsumption, electrical energy becomes the significant guarantee of national economy and people’s life in modern society. Late-model polarity formula multifunction watt-hour meter, which designed in this paper, improves the measuring accuracy and realizes functions of time-sharing measurement real-time monitor exceptional situation and take event records and so on. This will improve the completely utilization of electrical energy, prevents happening of using electricity illegally, and provides fair and impartial environment of using electricity.At first, this paper summarizes the present developing state ofmulti-function electronic watt-hour meter and the basic theory of energy measurement, after that, it put out the design objection and whole frame of this metering System. And the circuit design of each unit with the function divided, including power unit, measure unit, communication unit etc .The soft design of the system is the priority of this paper, utilize modularization method to realize active power, reactive power, RS485 communication, infrared communication, keyboard and display, anomaly detection, electricity reading meter and so on. The EMC design and meter adjust method have also been discussed.Key Words: energy metering; Multi-function electronic watt-hour meter;A TT7022B; multi-rate; real-time clock目录第一章绪论 (5)1.1电能表的研究背景 (5)1.2电能表的发展及现状 (7)1.3课题研究目的和意义 (8)1.4本文的主要研究内容 (8)第二章电能表概述 (11)2.1电子式电能表的一般结构 (11)2.2电能表的分类 (12)2.3电能测量原理 (13)2.4电子式电能表的测量原理 (14)2.5本系统采用的测量方法 (16)第三章系统总体方案及硬件设计 (18)3.1硬件总体方案 (18)3.2主控芯片及其外围电路 (19)3.3电量信号采集和预处理 (23)3.4存储器单元 (29)3.5通信模块设计 (30)3.6实时时钟电路 (33)3.7人机接口模块设计 (35)3.8电源单元 (37)3.9继电器驱动单元 (40)第四章系统软件设计 (42)4.1 开发环境 (42)4.2主程序流程图 (42)4.3程序模块化设计 (43)第五章结论与展望 (50)5.1论文总结 (50)5.2本文的不足及课题展望 (50)参考文献 (52)致谢 (54)第一章绪论1.1电能表的研究背景在我国，计划调度、经济调度对于电力生产来说要求很高，电力生产的特点是发电、供电、用电同时完成，因此，电能作为一种不可储存商品，其流通在使用过程中，对其准确计量是非常特殊的，为调节负荷用电的时段，这样可以解决日渐突出的电力的供求问题，在不增添设新的备，不扩大容量的前提下，主要通过以下两种方法来解决：首先是通过行政的手段，在用电高峰时间段限、拉电，其次是通过经济的手段，实行分时段不同的电价，即不同时段实行不同电能的售价。