基于单片机的数字电能表设计

102程序员之家此设置时自动发出警报的功能。

近些年，单片机技术发展迅速，在各种电子产品中都占有一席之地。

市面上关于单片机的种类型号也数不胜数。

本文设计数字电度表的核心控制模块选用的是单片机8051。

它的功能特点主要是处理器运行速度快，振荡器工作效率高；内部存储器容量大，可以满足本电表的存储需求。

它的基本工作原理是与数字电度表的各模块相连，将电能计量模块采集到的电量传到电量显示模块进行显示。

并利用自身的烧制程序控制时钟芯片在电量显示模块中实时显示系统时间，可以自由设置电量上限，并在超出此设置时控制系统自动发出警报。

3.3 电量显示模块数字电度表的电量显示模块，顾名思义，就是显示系统的用电量、电费、实时时间等信息。

本模块主要由两个重要部分组成：LCD1602显示器和DS1302时钟芯片。

LCD1602是市面上比较常见的，应用比较广泛的一种极低功耗的液晶显示器件，它具有显示质量高、重量轻、寿命长，字迹清晰美观等特点，是设计数字电度表的一种很好选择。

DS1302一种高性能、 低功耗的实时时钟芯片，它的主要功能是实时提供秒、分、时、日、星期、月和年的时间信息。

3.4、电能供应模块电能供应模块的主要功能是为数字电度表系统板上的其他模块提供+5V 电压。

它的重要组成部分是三端稳压器7805。

它主要有两种工作方式。

一种是大家比较常见的，在日常生活中接触也比较多的插盘式电源供应方式。

这种方式主要通过通过7805三端稳压器得到5V 的直流电源，供给系统其它模块工作。

另一种是从学生电脑的USB 接口获取＋5V 电源，只要用相应配套的USB 线，便可以方便地从电脑主机获取＋5V 直流电源。

4 研究小结以上就是本文所研发的基于单片机的数字电度表在电能监测系统中的设计。

本在技术方面还存在很大的不足，希望读者且看且思考。

另外，笔者希望，新型的电能监测系统可以真正投入运行，积极响应国家的节能减排政策，为当代大学生敲响电能节约的警钟。

基于单片机的智能电表的设计摘要近年来，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，最后对智能电表的未来进行了展望。

本设计实现了电能数据的计时计量、自动计费、即时双向通信等功能，能够实现住宅能耗计量的高质量和高效率管理，为居民的优化用电提供了帮助。

单位代码：HC-DQ121基于单片机控制的数字电能表设计姓名： Ezreal Yi院系：物理与机电工程学院专业：电气工程及其自动化班级：学号： 05315127时间： 2016年1月1日摘要在设计中试图探索分时计费数字电能表的设计技术，主要工作内容有：基于MSP430C323进行了电能表的完整设计，探索了利用MSP430C323的有限硬件资源与软件的有机结合，实现实时时钟、I2C和串行通信等接口的设计方法；以电能表为对象，重点探讨了基于低功耗单片机的低功耗仪表的基本原理和设计技术，综合设计使电能表的工作可靠性得到大大提高，对其它低功耗仪表的设计具有参考价值。

关键词：多费率电能表；MSP430单片机；硬软件合成ABSTRACTIn the design, I try to search the design technique of time sharing charging digital electrical energy meter. The main work content includes: made out integrity the design of the electrical energy meter based on MSP430C323H, searched for using the limited hardware resources and the software organic synthesis of MSP430C323, realized the design method of real-time clock, I2C and serial port communication; the electrical energy meter as the object, , the basis theory and the design technique of low power loss instrument basing on the low power Single-Chip computer has been discussed, the integrated design make the electrical energy meter’s operational reliability to improve greatly, its reference value is useful to design other kind low power loss meter.Key words:Multi-tariffs electrical energy meter; MSP430 Single-Chip computer; hardware and software synthesis目录1 引言 (1)2 电能测量与多费率电能表 (2)2.1 电能参数的测量 (2)2.2 多费率电能表的原理 (3)3 电能表的硬件电路设计 (4)3.1 硬件总体方案 (4)3.2 MSP430C3XX系列单片机 (5)3.3 ADC14的原理与电压电流输入通道的设计 (6)3.4 电压电流输入通道的设计 (8)3.5 串行E2PROM接口 (9)3.6 串行通信接口的实现 (10)3.7 红外接口的设计 (10)4 电能表的软件设计 (12)4.1 电能表的主流程与模块化程序设计 (12)4.2 电能测量模块的设计 (13)4.3 电能计费模块的软件设计 (15)4.4 E2PROM读写模块的设计 (15)5 总结 (20)参考文献 (21)谢辞 (22)1 引言电能是社会生产、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。

基于51单片机的电能表的课程设计本次设计主要是利用单片机和接口技术设计、研制一种新型电能表，可实现峰谷用电量和剩余金额，并用LCD显示。

进一步了解有关单片机、存储电路、IC卡的应用；掌握信号获取、传输、处理及检测的一般方法；综合运用已有的理论和技术，制定设计方案，掌握用电量的测量方法；学会应用存储电路、IC 卡、单片机组建一个实际测量系统，提高设计者的应用能力；通过测量、计算、显示，能运用所学知识并学会查阅有关资料，培养仪器仪表设计的基本技能，为今后的深入学习等奠定基础。

1.1、设计要求参考利用存储电路、IC卡、单片机及其接口技术研制出一种新型电能表，设计内容包括：（1）详细了解所选用的存储电路、IC卡、单片机的工作原理和工作特性；（2）设计合理的计算测量电路；（3）用单片机、IC卡、LCD的显示技术实现测量电路，单片机的指令系统开发相关的应用程序，并对程序作详细的分析和解释。

（4）列出制作该装置的元器件，搭建试验电路，并进行试验验证调试。

（5）撰写详细的设计技术报告。

1.2、方案设计与分析此电能表主要由计量模块、单片机、IC卡模块、LCD显示、EEPROM存储器、实时时钟电路及电源电路等部分组成。

其硬件系统框图如下图1所示。

其中，单片机以AT89C51为电能表的核心控制芯片，它是电能表的“大脑”，外围所有的硬件模块都是在它的控制协调下进行工作的。

单片机通过控制在其中的各种程序，控制着其它硬件模块的工作状态，由它智能化地形成并可靠地提供电能计算、时段判断、费率切换、IC卡读写、电能量控制及负荷控制等功能。

1.3、AT89C51单片机本电能表的硬件设计原则是在低功耗的前提下，实现多功能目的，该芯片功耗低，特别适用于电能表控制线路多、功能全、功耗低的要求。

它能方便地读取IC卡的数据，并控制液晶显示器的工作，同时还可以将电能表的数据存入EEPROM进行永久保存并可通过串口送至表外的数据终端，大大地提高了电能表的智能化功能。

-摘要电表表示着人们日常用电的多少，现在每家每户安装的根本上是带有转盘的那种电表，它只能显示出用电总量。

假设想查看上个月的用电量，只能靠电费单计算得来。

现在已经是信息时代了，这种做法很显然跟不上社会潮流。

近几年来，社会提倡低碳、绿色经济和可持续开展，在这种思想的推动下，智能电表将会成为社会的潮流。

智能电表是在传统电表的根底上增加了自动化和智能化的功能，从而进一步提高电网的效率、提高供电的可靠性、电能的质量并且完善用电户的效劳，从而更好适应电力市场。

现在智能电网是全球电力部门研究和讨论的热点话题，智能电表是智能电网中的最重要的环节，它支撑着电网的信息化、自动化以及互动化等方面的实现。

微处理器是智能电表的最主要的核心器件。

它可以储存海量的检测数据，同时对测量出的结果进展分析、判断和处理。

本次设计是运用单片机STC89C52为微处理器、CS5460A 芯片进展电能测量和计算、X5045芯片作为外部存储、数码管进展显示进展设计的。

关键词智能电表；自动化；C51单片机；CS5460AAbstractElectricity meter means the number of people everyday electricity, and now every household is basically equipped with the kind of meter, which can only show the total amount of electricity. To see the power consumption last month, only by electricity single calculated. It is now the information age, and this approach is clearly not social trends.In recent years, the social promotion of low-carbon, green economy and sustainable development, in the promotion of this idea, smart meter will bee the trend of the society. Smart meter is automatic and intelligent function is added on the basis of traditional meter, energyefficiency so as to further improve the power grid, improve power supply reliability, power quality and perfect service of the users, in order to better adapt to the power market. Now the smart grid is a hot topic in the global power sector research and discussion, the smart meter is the most important part of smart grid, which support the realization of grid informationization, automation and interaction of.The microprocessor is the most important core device of the smart meter.. It can store vast amounts of detection data and analyze, judge and process the results of the measurement.. This design is the use of single-chip microputer STC89C52 and CS5460A chip for power measurement and calculation, X5045 chip as the external storage, digital tube display design.Key words Smart meterAutomation51 MCUS5460A目录摘要IAbstract I第1章绪论11.1智能电表的概念11.2智能电表的开展背景11.3智能电表的构造21.4智能电表的主要特点3第2章主要芯片的介绍42.1微控制器STC89C51单片机42.1.1 简介42.1.2 主要特性52.1.3 引脚功能62.2电能计量芯片CS5460A82.2.1 简介82.2.2 主要特征92.2.3 引脚功能102.3外部存放器X5045112.3.1 简介112.3.2 主要特性112.3.3 引脚功能122.4时钟芯片DS1302132.4.1 简介132.4.2 主要特性132.4.3 引脚功能142.574HC138译码器142.5.1 简介142.5.2 主要特性152.5.3 真值表152.6LED数码管15第3章总体设计方案163.1设计功能要求163.2智能电表的总体方案设计16 第4章硬件局部的组成184.1电压电流采样模块的设计194.1.1 电压调理电路204.1.2 电流调理电路204.2CS5460A的外部电路214.3数码管连接电路224.4组合键盘连接电路224.5EEPROM连接电路244.6时钟芯片DS1302连接电路24第5章软件局部的设计255.1主程序流程255.2CS5460数据交换方法265.3时钟芯片的读写流程285.4外部存放芯片的读写流程295.5按键扫描流程305.6数码管显示功能的实现31 结论32参考文献33致34附录35第1章绪论1.1智能电表的概念智能电表它是科技时代的新产物，它能够进展测量、数据处理，因此测量单元、数据处理单元是它的重要组成局部。

基于单片机的数字电能表设计数字电能表是测量电能并传递数据的电气装置。

它们通常采用单片机芯片来实现计算，并将其存储在内存中。

本文将介绍单片机数字电能表的设计方案。

1. 系统结构设计数字电能表的系统结构包括传感器、信号处理电路、单片机芯片、数字显示部分和通讯接口。

传感器用于测量电压、电流等信号并将其转换为电信号。

信号处理电路将采集到的模拟信号转换为数字信号并进行滤波和放大处理。

单片机芯片负责处理信号并实现计算，测量功率、电能、电量等。

数字显示部分将计算结果以数字形式展示出来。

通讯接口用于与计算机、集中抄表系统等外部设备进行数据通讯。

2. 系统功能设计数字电能表的主要功能包括：测量电量、功率、电流、电压等参数；统计电量、功率等负荷分布；完成智能电网的控制和管理；提供数据采集和远程通讯功能等。

3. 硬件设计3.1 传感器设计传感器主要包括电压、电流互感器以及电能表表芯等，其中电压互感器和电流互感器将采集到的电信号转换为电压信号和电流信号，电能表表芯则用于计量电能。

应选择准确可靠的传感器，以保证数字电能表的精度和稳定性。

3.2 信号处理电路设计信号处理电路主要完成信号转换、滤波和放大作用。

转换模拟信号为数字信号是数字电能表工作的前置条件。

采用滤波技术可有效降噪，提高系统稳定性。

应选择具有较高增益、较低噪声、抗干扰能力强的运放等器件。

3.3 单片机设计单片机芯片是数字电能表的核心部分。

MCU通常采用单片机，具有高精度、运算速度快、易于编程、易于扩展等优势。

应根据用户需求选择不同类型的MCU，如8位单片机、16位单片机等。

3.4 数字显示部分设计数字显示部分是数字电能表中的另一个重要组成部分。

可通过数码管、液晶显示屏、LED显示等形式直观地显示电能、功率、电压等参数。

应选择可靠、耐用、能够满足用户需求的显示器件。

3.5 通讯接口设计通信接口可采用RS485通讯、光纤通讯、以太网通讯等形式。

RS485通讯是数字电能表中应用最广泛的通信方式，稳定性好、通讯距离远。

基于单片机的数字电能表设计1系统总体设计方案数字化电能表机是由多个硬件模块组成的，它们各自具有各自的功能，在电能表机的硬件体系中起到了重要的作用。

利用MCU将模块与模块之间统一地联系在一起，最终构成了一个具有强大功能的智能电表系统，整体设计框图具体如下：硬件模块的详细信息：1.MCU：用于数据处理，运算，显示，通讯等的中央处理单元。

2.时钟：为电能计在不同的时间段和不同的速率下，给出准确的时间信息，以进行电能计量。

3.在显示方面，利用液晶显示器对累积的电量或其他信息进行显示。

4.内存：当 MCU中的 RAM断电时，会失去即时的资料，所以在外部插入一块内存，用以储存在各个时间点上的电能。

5.供电：利用电力转换对主网络中220伏 AC进行降压和整流，使其成为5伏 DC。

在停电时，也有专门的后备电池提供电力，以保证电量计的正常工作。

6.A/D变换：其基本功能是将所述模拟电气数据变换为能够被所述 MCU读出和工作的所述数字电气数据。

将 AC高电平信号变换为可由 MCU处理的低压电平信号的电流、电压取样模块。

2 系统硬件设计2.1 AT89C51单片机系统AT89C51单片机已从最初的 MCU控制器发展成为具有强大外部扩展功能的产品，其内部的4 K字节 FLASH存储器可以进行在线的电擦除、电写入以及利用编程器对其进行重复编程[5]。

除此之外，AT89C51系列的单片机还可以实现动态下载程序代码，还可以进行反复编程，因此受到了开发商和消费者的青睐。

2.2 ADC0832芯片ADC0832是一个8比特分辨率的双通道 A/D变换器，它采用了ADC0832芯片。

它小巧、兼容度高、价格比高。

ADC0832单片机的分辨率达到了256个量级，能够实现普通的模拟信号的变换。

本发明所提供之模拟输出电压范围为0至5V，刚好满足电能表所需之供电需求。

该芯片的变换过程只有32微秒，变换速率高，稳定性好。

采用了单独的晶片支持输入方式，使得多设备的挂起及微机的控制更为便捷[7]。

毕业设计（论文）题目名称：基于单片机的数字电能表设计就读学校：河南工学院专业：工业自动化学生姓名：指导教师：中原工学院继续教育学院2016年4月基于单片机的数字电能表设计The design of digital watt-hour meter based on single chip microcomputer就读学校：河南工学院专业：工业自动化学生姓名：指导教师：2016年4月摘要19世纪三四十年代，中国人民的照明途径还是主要由煤油灯为主，而在经济飞速发展的，科技产品日新月异的今天，电的应用已经深入中国人民的日常生活。

电灯、冰箱、空调等等，统统都与电有着密切的关系。

电在当今社会不可或缺，同样也涌现出了对电量的计量，从而出现了电能表这一计量仪表。

电能表的发展历程主要是由最初的单一费率电能表到如今的复费率电能表。

这与我国的多费率用电政策有关，旨在消峰镇谷，平衡用电。

同样，在现在科技飞速发展，各种电器，仪表都逐渐趋近于自动化、人性化和智能化。

而这些电气设备大都含单片机或者是CPU控制器。

在本次设计中将智能化技术融入电能表中，电能表作为重要的计量仪表，准确性、稳定性都是很重要的。

而数字电能表具有精度高、测量准确、读数直观、使用方便等优点。

本设计以AT89C51单片机为核心，以逐次比较型A/D转换器ADC0809、八段数码管为主体，构造了一款简易的数字电能表，能够实现同时测量8路0.00～5.00V的直流电压，最小分辨率为0.02V。

关键词：AT89C51；ADC0809；数字电能表；八段数码管ABSTRACTThirties and 19th century, the Chinese people's way of illumination is mainly composed of kerosene lamp is given priority to, and with the rapid economic development, science and technology products with each passing day today, the applications of electricity have the Chinese People's Daily life. Lights, refrigerator, air conditioner and so on, all has close relationship with electricity. Electricity is essential in today's society, and also emerged for the measurement of the power, thus appeared the watt-hour meter measuring instrument. The developing course of watt-hour meter is mainly composed of a single rate, initial watt-hour meter in today's complex rate watt-hour meter. This is associated with rate more electricity policy of our country, aimed at peak valley town, balance of power. Also, in what is now the rapid development of science and technology, all kinds of electrical appliances, instrument has gradually tend to be automated, humanization and intelligent. But most of these electrical equipment including microcontroller or CPU controller.We will integrate the intelligent watt-hour meter in the design of watt-hour meter as important measuring instrument, the accuracy, stability is very important. And digital watt-hour meter with high precision, measurement accuracy, reading the advantages of intuitive and easy to use. This design USES AT89C51 single-chip microcomputer as the core, to compare successive type A/D converter ADC0809, eight digital tube as the main body, constructed A simple digital watt-hour meter, can be achieved at the same time measuring 8 road from 0.00 V to 5.00 V dc voltage, minimum resolution of 0.02 V.Keywords: AT89C51；ADC0809；Digital watt-hour meter；Eight digital tube目录第1章绪论 (1)第2章总体方案选择 (2)2.1方案一：由数字电路及芯片构建。