双向计量三相智能电能表的原理及设计

基于stm32的三相智能电能表计量的研究摘要：本文着重描述三相电能表原理说明。

本课题研制的电能表主要采用高性能低功耗微处理器STM32F103VC6和高精度电能测量芯片ATT7022E为数据采集核心。

通过双边比电流互感器对电流信号采样，并经微控制器对电网功率实时检测和处理来实现功率分段计量，通过对计量原理的充分分析和研究，设计出计量硬件电路和软件流程。

关键词：三相电能表；高性能低功耗微处理器STM32F103VC6；高精度电能测量芯片ATT7022EDOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.23.1090 引言随着电力和电子行业的蓬勃发展，电力公司对电能表要求越来越高，电能表作为用户和电力公司的交易平台，作用至关重要。

对电能表一般要求是既要保证计量精度，同时又必须能长时间稳定可靠运行。

随着我国经济发展，作为计量终端的电能表受到了越来越多的关注，为了满足各方面的需求，电能表软件设计朝着多费率、精确计量、智能化和网络化、大数据物联网方向发展。

1 三相感应式电表原理三相有功电能表用来测量三相交流电路中电源输出（或负载消耗）的电能。

由于测量电路接线方式不同，三相有功电能表又分三相三线制和三相四线制两种。

（1）三相三线有功电能表（三相三线两元件电能表）三相三线有功电能表适用于对三相三线对称或不对称负载作有功电能的计量，可将这种电能表看成是两只单相电能表的组合，其原理结构如图所示。

它具有两组电流、电压线圈（即两组驱动元件），两个同轴转动的铝盘，两只制动磁铁，一套计度器。

铁芯采用分离形式。

电压元仵为半封闭插片结构，性能较稳定，减小了摩擦力矩，有利于提高电能表的灵敏度，三相三线直人式电能表的读数直接反映了三相负载所消耗的电能。

有的三相三线有功电能表（如DT2型三相有功电能表），将两组元件共同作用在一个铝盘上，其特点是减小了电能表的体积，但两组元件间的涡流和磁通相互干扰，比两个铝盘的电能表产生的误差大。

三相多功能电子表工作原理及新出现的窃电手法浅析与传统的感应式机械电度表相比，采用电子芯片及电子电路计量原理的三相多功能电子表具有高精度、多参数测量、低功耗、直观显示多种计量信息以及智能化功能拓展的优点，在计量准确性及防治窃电方面给供电部门计量和用电稽查带来了很多的便利，因而被供电企业大量使用。

本文就广泛推无功功率乘法器转换成能反映有功、无功功率大小的数字信号。

经数据处理单元（单片机）进行数据存储、判断计算、检测后转换为液晶显示的电能量数值。

以浩宁达DTSD22为例，图1为基本工作原理框图。

图2：A/D 转换型电子式有功电能表原理框图目前广泛使用的多功能电子式电能表一般使用A/D 型转换器对电流、电压信号按一定周期进行精确采样，将交流功率采样转换成脉冲数字量，图2为其原理框图。

二、针对多功能电子表出现的新窃电方法由于采用了数字计量电子芯片对电能量参数进行了检测、判断和显示，因此对以往机械表常见的一些窃电方法，如反向电流、失压、断流等方法，非常直观就能发现，同时电子技术的应用对反向电量、失压电量等进行准确的记录，使用电稽查人员进行电量追补计算等有据可依，大大减少电量计算纠纷。

相对于感应式机械电能表而言，全功能电子表无论在工作原理、结构，还是电子电路中参与电能计量的核心部件、元件的作用以及可供别有用心的窃电分子利用达到偷窃电能的部位、元件等，均有着天壤之别。

因此针对电子表的窃电与传统的三相机械表的窃电比较必然更加专业化、高科技化、更加的隐蔽，具有更大的社会危害性。

1、改变电表内部相关测量参数取样的基准数值笔者曾成功查处某厂改动电子表内部电路二次取样电阻阻值的窃电方电量 显示法。

其在电表二次电流取样电路上并联分流电阻，二次电流在CT到接线盒及电表进线前的计量回路中数据一切正常，但在电表内部显示其三相计费的电流值与现场实测不符。

初时以为是电表有显示故障，经多次分析，并现场解剖电表后才发现其窃电的证据-------二次电流取样电路上人为增加并联分流的三个电阻。

双向电表工作原理(一)双向电表工作原理解析1. 双向电表的定义双向电表是一种用于测量电能消耗的仪表，它不仅可以准确测量用电量，还能记录电能的回馈情况，即反向流入电网的电能。

2. 双向电表的分类2.1 单相双向电表单相双向电表适用于小型家庭和商业用电场所。

它有两对电压接头，一对用于记录正向电能流入，一对用于记录反向电能流入。

2.2 三相双向电表三相双向电表适用于大型商业和工业用电场所。

它有多个电压接头，分别用于测量各个相位的正向和反向电能流入。

3. 双向电表的工作原理双向电表基于电流互感器和电压互感器的测量原理，通过采集电流和电压来计算电能消耗和反向流回电网的电能。

3.1 电流互感器电流互感器将电网中的电流转换为较小的电流，以便电表进行测量。

它通过线圈的感应作用，产生与线路电流成正比的二次电流。

3.2 电压互感器电压互感器将电网中的电压转换为较小的电压，以便电表进行测量。

它通过线圈的感应作用，产生与线路电压成正比的二次电压。

3.3 电能计算双向电表通过测量电流和电压的波形形状和相位差，使用电能计算算法来确定电能使用情况。

它将正向和反向电能分别记录，并在显示屏上显示。

3.4 数据存储和传输双向电表一般内置存储设备，用于记录电能使用情况和计量数据。

一些高级双向电表还支持数据传输功能，可以通过无线或有线方式将数据传输给其他设备或系统进行监测和管理。

4. 双向电表的优势4.1 精确计量双向电表通过采集电流和电压的实时数据，能够精确计量用电量和反向流回电网的电能，提供准确的计费依据。

4.2 激励用户节能双向电表能够显示电能的实时使用情况，激励用户合理使用电能，节约用电，减少对环境的影响。

4.3 促进可再生能源发展由于双向电表能够准确测量反向流回电网的电能，可以为分布式可再生能源设备的并网提供支持，促进可再生能源的发展和利用。

5. 结语双向电表作为一种新型的电能计量装置，具有精确计量、激励用户节能和促进可再生能源发展的优势。

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摘要本设计阐述了该三相多费率电能表的解决方案，系统主控制器采用片内资源丰富、抗干扰能力较强的PIC18F452单片机，具有对三相电能分时段计量的功能，并且还集成了时段管理、RS-485抄表接口等智能化的电能管理手段。

首先介绍了三相电能表的选题背景，然后给出了设计的总体方案，并对系统所采用的专用芯片如时钟芯片DS1302、ATT7026、MAX485等进行了简要的介绍。

并分别从硬件或软件的角度描述了电能计量、按键设计、同步脉冲等模块的实现细节，论述中涉及到了信号变换和隔离、电能累加和时段控制算法以及各种通信方式的软硬件实现。

文中对三相多费率电能表的时钟准确性及抗干扰设计也有很详细的介绍。

关键词：三相多费率电能计量 PIC18F452单片机 ATT7026 时钟芯片AbstractThis design elaborated this three-phase multi-tariff electrical energy table's solution, the system master-control unit uses the internal fruitful in resources, theAnti jamming ability strong PIC18F452 monolithic integrated circuit, has divides the time interval measurement to the three-phase electrical energy the function, and also integrated the time interval management, RS-485 to copy intellectualized and so on table connection electrical energy management tools.First introduced the three-phase electrical energy table's selected topic background, then has given the design overall concept, and special-purpose chip like clock chip DS1302 which, ATT7026, MAX485 uses to the system and so on have carried on the brief introduction. And separately described modules and so on electrical energy measurement, pressed key design, synchropulse from the hardware or software's angle to realize the detail, in the elaboration involves the signal translation and the isolation, the electrical energy accumulation and the time interval control algorithm as well as each kind of mailing address software and hardware realizes. In the article also has the very detailed introduction to the three-phase multi-tariff electrical energy table's clock accuracy and the antijamming design.Key word:tri-phase multi-rate energy metering PIC18F452MCU ATT7026 real-time clock目录摘要 (1)第一章绪论 (5)1.1选题背景 (5)1.2选题依据 (6)第二章设计的内容与要求 (8)2.1毕业设计的内容 (8)2.2设计实现的主要功能 (8)2.3主要技术指标 (8)第三章系统的组成及工作原理 (9)3.1方案设计 (9)3.1.1三种方案 (9)3.1.2方案的比较 (12)3.1.3总体方案的确定 (13)3.2系统工作原理 (14)3.2.1系统原理 (14)3.2.2设计可以实现的主要功能 (15)3.2.3.多时段电能测量原理： (15)3.3系统的功能模块 (17)第四章系统的硬件设计 (19)4.1硬件组成 (19)4.1.1PIC18F452单片机 (19)4.1.2选择PIC18F452单片机的优点 (19)4.2功能模块的设计 (20)4.2.1电能参数采集电路的设计 (20)4.2.2电能计算及电能计量芯片ATT7026的设计 (23)4.2.3 RS485通讯电路的设计 (28)4.2.4实时时钟芯片电路的设计 (30)4.2.5 掉电检测的设计 (36)4.2.6.用户按键的设计 (37)4.2.7.显示模块设计 (38)4.2.8抗干扰技术的设计 (39)4.2.9直流稳压电源的设计 (41)第五章系统的软件设计 (46)5.1系统软件需求分析 (46)5.2流程图分析 (47)5.3软件流程 (50)第六章结论 (55)附录A (56)附录B (74)参考文献 (76)外文文献翻译 (77)致谢 (94)第一章绪论1.1选题背景随着我国经济的飞速发展，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。

双向计量电表工作原理【知识文章】深入探讨双向计量电表工作原理，帮你理解电能计量的本质1. 引言你好，亲爱的读者朋友们，今天我要和大家一起深入探讨一项重要而且与我们日常生活息息相关的技术——双向计量电表。

电能计量作为电力系统中的基础环节，对于电力生产、传输和消费起着至关重要的作用。

通过了解双向计量电表的工作原理，我们能够更好地理解电能计量的本质，并在日常生活中节约能源，推动可持续发展。

下面，让我们一起探索双向计量电表的奥秘吧！2. 双向计量电表的基本概念在探索双向计量电表的工作原理之前，我们先来了解一下它的基本概念。

双向计量电表，顾名思义，就是能够同时计量电能的进、出两个方向的电表。

它广泛应用于分布式能源系统中，如太阳能发电系统和风能发电系统。

在这些系统中，电能既可以向电网输送，也可以从电网中抽取，因此需要一种能够准确计量双向电能流动的电表。

3. 双向计量电表的工作原理现在，让我们来深入了解双向计量电表的工作原理。

双向计量电表通常由电能计量芯片、数据处理单元和显示装置三个主要部分组成。

其中，电能计量芯片是核心部件，它通过采集电流和电压信号，利用一系列的算法和转换技术，实现电能的准确计量。

具体而言，双向计量电表的电能计量芯片会将电流和电压信号通过采样电路转换成数字信号，然后利用数字信号处理技术进行数据的滤波和校正。

通过对信号的分析和处理，计量芯片得到了准确的电流和电压数值，并计算出电能的累积量。

在这个过程中，计量芯片会根据电流和电压的相位差以及功率因数等参数进行修正，以确保计量的准确性和稳定性。

除了电能计量芯片，双向计量电表还配备有数据处理单元。

数据处理单元负责接收、存储和处理电能计量芯片所提供的数据。

它能够将计量数据按照一定的格式进行整理和编码，并通过通信接口传输到上位系统，实现与远程监控和管理的无缝对接。

双向计量电表的显示装置是为用户提供电能使用信息的重要部分。

它通常由数码管、液晶屏或触摸屏等元件组成，能够直观地显示电能的计量结果，如实时功率、累计电能、峰谷平电能等。

IC卡智能三相三线四线电表电能表工作原理
IC卡智能三相三线四线电表电能表具有电能计量、负荷控制和用户信息管理等多种功能的新型IC卡式预付费电能表，该表是当前改革用电体制、实现电能商品化、解决收费难及调节电网负荷状态的理想产品。

本系列电子式三相电能表接入方式有两种：直接接入式或经互感器接入式。

该产品各项性能指标符合GB/T17215.321-2008《1级和2级静止式交流有功电度表》和GB/T18460.3-2001标准中对电子式三相预付费电能表的全部技术要求
IC卡智能三相三线四线电表电能表功能及特点
计量三相有功电能，长期工作不须调校：
三相电源供电，一线（三相三线电能表三线中任一线或两线（三相四线电能
表四线中任两线）断电，计量准确度不受影响；
具有断相指示功能和电压指示功能；
具有电能测试信号输出；
一表（户）一卡，具有良好的防伪性；
剩余电量等于报警电量时，指示灯点亮，提醒用户及时购电；
剩余电量为0时跳闸断电；
超负荷自动断电，便于电力部门实施增容；
具有数据回写功能，便于电力部门管理；
负荷开关采用表外安装，表内采用继电器控制（触点容量为250VAC/5A）；或内置继电器断电控制
配套的IC卡售电管理系统具有完备的售电管理和用电监察等功能；
IC卡智能三相三线四线电表电能表技术参数。

三相智能电表工作原理
三相智能电表是一种用于测量和记录三相电能消耗的设备。

其工作原理如下：
1. 采集电能数据: 三相智能电表内部安装了多个电能采集装置，用于采集每相的电压和电流数据。

这些数据用于计算电流、电压、功率因数以及消耗的电能等信息。

2. 数字信号处理: 采集到的模拟信号会经过模数转换器转换为
数字信号，并由内部的数字处理单元进行处理。

数字处理单元会对信号进行滤波、放大、精度校正等操作，以确保测量结果的准确性和稳定性。

3. 数据计算与存储: 数字处理单元会根据采集到的电压和电流
数据进行相关计算，包括功率、功率因数、有功功率、无功功率等。

这些数据会被存储在内部的存储器中，用于后续的能耗分析和报表生成。

4. 数据通信与显示: 三相智能电表通常具有通信接口，可通过
有线或无线方式与外部系统进行数据通信。

通过通信接口，电表可以将实时数据发送给能耗管理系统或能源供应商，并接收远程控制指令。

同时，电表还可以通过内置的显示屏或LED
显示器显示实时的电能消耗信息。

5. 安全保护功能: 三相智能电表还具备一些安全保护功能，例
如过载保护、断电检测、电压波动监测等。

当检测到异常情况时，电表会触发相应的保护措施，以保护设备和用户的安全。

总之，三相智能电表通过采集和处理电压和电流数据，计算和存储相关的电能消耗信息，并通过数据通信和显示功能与外部系统进行交互。

它能提供准确的电能测量和分析，帮助用户进行能源管理和节能减排。