新型多功能单相智能电表研究与设计

一种适用智能电网中的新型智能电表设计目前,智能电网为世界各国研究的对象,在这种背景下本课题为应对智能电网提出的种种技术要求,设计一种适用智能电网中的新型智能电表。

本课题首先对国内外智能电表的研究现状进行了分析,在此基础之上,提出了新型智能电表的总体设计方案:采用意法半导体公司的STM32F103VET6单片机作为主MCU,ADE 公司的专用计量芯片ADE7878作为为数据采集中心,来达到对采集的电能数据进行算法处理,以及按键、显示、外部接口的控制与管理工作。

该设计通过电流、电压互感器采样得到瞬时电压和电流,然后将其输入到专用计量芯片,利用芯片内部的计算功能可得各项电力参数,结果送MCU处理并显示出来,最后通过通信模块传输给上位机,实现电能质量监测和抄表功能。

新型智能电表设计分为硬件设计和软件设计两大部分,硬件设计部分的主控模块选用高性能低功耗微处理器STM32F103VET6单片机,DS1302芯片为实时时钟芯片,同时结合计量芯片ADE7878设计电网参数采集及处理电路,选用外加实时时钟、存储器、液晶、按键、电源、串行接口等器件完成了硬件电路的搭建,并通过RS-485通信数据传输单元电路,实现电能信息的及时存储和交互。

软件设计部分提出了模块化的设计思想,将新型智能电表具有的功能分为不同的模块,并对不同的模块进行编程,实现了新型智能电表实现电能质量监测和抄表功能所需要的流程设计,采用主程序和子程序即模块化编程形式,减少程序之间存在的冗余,增强了软件系统的可读性与维护性。

最后,通过实验对新型智能表进行系统调试,实验结果表明,在误差允许的范围内,本课题设计的新型智能表能够实现电能质量检测和抄表功能,对微处理器STM32与高精度计量芯片的进行组合是可行的,具有一定的实用价值。

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。

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)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。

科技信息　。机械与电子Ｏ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２０１１年第３３期　智能电表的扩展功能研究与设计　郑　（宁夏电能计量检定中心　花　宁夏银川７５０００１　１　

【摘要】智能电表与普通电表的区别类似于智能手机与普通手机的区别。智能电表具有传统电表无法比拟的优点．可以提供双向计量以　支持具有分布式发电的用户，提供电能质量的监视，支持分时电价以及自动抄表（ＡＭＲ），并且具有很强的数据处理能力等等。因此智能电表的　家庭智能用电领域有着十分广阔的应用。　【关键词１智能电表；扩展功能；双向计量；计量元件；能耗监测；负荷预测；供电成本　

０引言　随着智能电网技术的框架不断完善．很多资深的学者提出智能电　表技术作为智能电网的重要基础．相对技术比较成熟．应提到优先发　展的地位　电表作为电量最基础的计量元件．广泛应用在电力系统的　每个角落．纵观电表的发展过程，经历了从最初的感应式电表、延续到　后来的电子式电表．直至目前正在迅猛发展中的智能型电表伴随着电　气、通信以及计算机技术的不断革新。从起初的只具备测量电量的功　能．发展到２０世纪７０年代提出自动抄表（ＡＭＲ）技术，试图解决人工抄　表带来的工作效率低下以及漏抄、误抄、估抄带来损失的问题，至９Ｏ　年代后期静止式电表的价格大幅下降后．成为包含成熟的通信技术使　电表包含了能耗监测、双向通信、需求侧管理、分时电价显示等诸多功　能的综合智能模块　

１　传统负荷预测的方法和问题　电力系统中负荷类型众多．它们在整体上呈现出不同的性质．加　之用电过程中的随机性、分布不均匀性．造成数量众多的负荷累加的　结果很难用一般的解析方式表达　但是对一于负荷的估计与预测是非　常重要的．因为从已知的经济、社会发展和电力需求情况出发，通过对　历史数据的分析和研究．进行负荷预测．对电力需求做出预先的估计　和推测。根据这些预测结果．可以针对性地采取技术措施（如进行可中　断负荷控制．增添低谷用电设备．采用蓄冷蓄热技术等）．改变电力需　求在时序的分布．将用户的电力需求从电网高峰期削减、转移或增加　电网低谷期的用电．以提高系统运行的经济性和可靠性。在规划电网　中．还可以减少新增装机容量和节省电力建设投资，从而降低供电成　本。　因此许多学者在负荷预测领域做出了很多努力，很多数学方法被　用于负荷预测。近年来负荷预测技术已趋于成熟，各种预测模型不断　的出现和完善，如常规预测术，指数平滑预测法、回归模型预测技术、　时间序列预测技术、灰色预测技术；智预测技术，专家系统预测技术、　神经网络预测技术、小波分析预测技术、模糊理论测技术、华于遗传程　序设计的预测技术　另外．目前ＳＣＡＤＡ（数据采集与安全监控断路器处　安装ｒｒｃ（馈线终端单元１和ａＴＵ（远端测控单元１装置，并建设了密集　的ＲＴＵ、ＦＴＵ到配电自动化中心的通信网络，获得了大量反映配电网　络运行状况的时数据　这就使基于负荷预测的配电网络重构具有现实　可行性。　但是负荷预测的出发点总是源于ＳＣＡＤＡ的测量数据，但目前在　配电网中．自动化程度相对比较落后．测量模块相对较少．只能限制在　馈线一级。可是一条馈线上所接的负荷众多，山于经济原因无法更进　一步精确测量负荷。有统计数据可知，馈线电压多为１０ｋＶ及以下电压　等级．在这种电压等级范围内．网损比例较大，从用户到馈线之间的线　损也被折算到用户负荷之中，如式（１）所示。　Ｓ　ｎＡ＋Ｓ￡０ｓｓ　Ｓ　这样的线路虽然功率损耗较小．可是却是电力网络中数量最为巨　大的。因此从测量角度考虑，基于ＳＣＡＤＡ的测量数据不能非常精确的　反映负荷的实际变化．影响负荷预测的效果．与此同时造成在配电网　中最重要的优化网损的方法出现偏差．影响电网整体的经济性　精确的测量负荷。如果将同一时阃段内由区域内所有智能电表测量的　数据汇总．便可以精确地反映真实的负荷值　这时所有的数据便可以　将信息的全景呈现出来．是电力系统的结构更加细化　但要达到这样测量功率的目的还需要考虑以下问题：　１）众多的智能电表在一段固定的时间内获得的数据巨大．整个网　络结构是否允许这样大规模的数据传输．处于顶层的系统如何处理这　样大量的数据。因此为了解决这个矛盾，可以考虑在馈线的出口处也　安装一些能与用户端智能电表通信上相连的智能测量装置　这些装置　可以处理范围内的智能电表数据．缓解上级数据收集带来的压力．达　到分级处理的目的，这样可以更好的缓解通信上的拥堵　２）由于智能电表收集的数据量巨大。在测量或传输过程中．可能　会出现比较大的误差．如何将这些不良数据剔除．也是目前面临的一　大问题。考虑到电力系统负荷数据中．负荷为一维的随机变量。因此，　负荷的变化规律又可简略表示为：　儿　ｙｆ　式中：　为负荷真值，　为观测值，　为随机干扰综合作用值。一般情况　下，假定　的均值为　，方差为０．２。　对负荷进行预处理的思路就是：选择一个合适的阀值６。当观测　值　与负荷真值ｙｚ的误差值人于艿时，就认为　为不良数据；当观测　值　与负荷真值ｙｌ的误差的绝对值小于占时，就认为ｙｔ为正常观测数　据。　

基于单片机与RN8209的单相智能电表的设计摘要：单相智能电表是一种电能计量工具，随着物联网的快速发展，智能单相计量电表逐渐走进人们的生活。

系统以STM32为主控，RN8209为单相计量芯片，实现电压、电流、功率实时显示及电量计量等功能。

关键词：单相智能电表；电能计量；STM32；RN82091引言智能电网是以特高压电网为骨干网，以各级电网协调发展为基础，以信息平台为支撑，具有信息化、自动化特征，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”一体化融合的现代电网。

在智能电网的发展趋势中，电表的智能化是重要的一个环节。

随着NB-loT技术的飞速发展，智能家电及设备逐渐走进千家万户，远程无线控制给人们带来便捷的同时，安全监控成了重中之重，多功能智能电表可以实时监测家庭用电情况，能起到节能减排的作用。

2系统总体设计系统由STM32主控模块、RN8209计量模块、液晶显示模块、485接口、红外接口、载波接口等组成，如图1所示。

智能电能表主要由测量单元、数据处理单元、通信单元等组成，具有电能量计量、数据处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能，并能显示、存储和输出数据。

电能表工作时，电压、电流经取样电路分别取样后，送入专用电能芯片进行处理，并转化为数字信号送到CPU进行计算。

由于采用了专用的电能处理芯片，使得电压电流采样分辨率大为提高，且有足够的时间来更加精确的测量电能数据，从而使电能表的计量准确度有了显著改善。

图中CPU用于处理各种输入输出数据，通过串行接口将专用电能芯片的数据读出，并根据预先设定的时段完成分时电能计量功能，根据需要显示各项数据、通过红外、载波或485接口进行通讯传输，并完成运行参数的监测，记录存储各种数据。

图1 单相智能电能表框图3硬件设计计量电路是系统的核心部分，决定信号的准确性，合理的布局及电路设计能提高采集精度及系统的稳定性，篇幅所限，仅就具有计量电路部分进行分析。

智能电能表的设计智能电能表是一种利用先进的计算机和通信技术来监测和管理电力消耗的设备。

它能够准确测量用电量、电压和电流，实时收集数据并进行分析，从而帮助用户更好地理解和管理电力消耗。

下面将对智能电能表的设计进行详细讨论。

1.功能设计：-电量监测：准确测量电力消耗，包括总用电量和分段用电量。

-功率分析：测量电流和电压，计算功率因数和有功功率、无功功率等指标。

-实时数据传输：通过通信技术将采集到的数据实时传输给电力公司或用户。

-数据分析报告：对收集到的数据进行分析，并生成报告帮助用户理解电力消耗情况。

-防止欺诈功能：具备防止电表欺诈的功能，例如防止操纵和串改数据等。

-警报功能：当电力使用达到设定阈值时，产生警报提醒用户及时调整用电情况。

-远程控制：通过远程控制功能，用户可以通过手机或电脑等设备随时监控和控制用电状况。

-支持能耗管理系统：智能电能表应支持连接能耗管理系统，为用户提供更详细的能耗数据和分析。

2.硬件设计：-电量测量：采用准确度较高的电量测量器件，例如精密电流互感器和电压测量器。

-通信技术：选择适合的通信技术，例如无线通信或物联网技术来实现实时数据传输。

-安全性：加入硬件加密模块，确保数据传输的安全性和完整性。

-耐用性与防护：选用可靠性较高的元器件，以及具备防护措施，例如防水、防尘等设计。

-管理性和可维护性：设计良好的外部接口和易于操作的面板，方便用户使用和维护。

3.软件设计：-数据采集：通过采集系统准确采集电力用量、电压、电流等信息。

-数据处理和分析：对采集到的数据进行处理和分析，例如计算功率因数、能量消耗等指标。

-数据存储和管理：将采集到的数据存储在内部存储器或云平台中，方便后续查询和分析。

-报表生成：根据用户需求，生成数据报表，以便用户更好地理解和管理电力消耗。

-用户界面设计：设计直观友好的用户界面，方便用户查看实时数据、报告和控制用电设备。

-远程控制与警报：实现远程控制功能，并设置能耗警报，帮助用户及时调整用电情况。

单相智能电能表系统的软件设计摘要：电能表是我国在电工仪表行业中产量最大的产品，由于高新技术的快速发展，尤其是电子信息技术，高精度、电子式、自动抄表、多功能、多费率等产品已渐渐发展成为电能表的主流，逐渐突显出了它们的优势。

关键词：电能表；智能化；智能电表在1880年诞生了电能表，而十九世纪末逐步形成感应系统电能仪表制造这一理论，而后，以适应工业化与电能管理现代化所需，电子式电能表也随之出现。

起初仍依靠于感应系测量机构，仅仅把表盘的旋变化为电脉冲；随后便有了许多以乘法器为原理，需要以访问很多个信息和要求电价器具及决策之间可以双向通信才得以实现电能管理现代化的电子式电能表。

由于数字乘法器型电子式电能表，适合跟配电自动化系统集成，并且扩展功能方便，即将成为电子式电能表的主要发展道路。

随着国家持续不断的发展，电力为居民和工业上的用电需求做出了很大共享，使电力能源供需矛盾得到有效解决，发展成为我国最重要能源之一。

同时，随着计算机技术、电子技术等多种先进技术的发展，给予供与用电部门、物业管理和居委会的供电管理过程更自动化、规范化、网络化。

伴随着电表的发展转型，先后出现了卡式电表、电表盒、ic卡电表、电子水表、电表通讯接口和其他类型的表。

使用远程自动抄表系统，使传统人工抄表的自动化程度弱、可靠性低、效率低等问题得到有效解决。

在电子式电能表技术的发展进步中，越来越多的用户开始关注电表的起动灵敏度、轻载准确度、防潜动可靠性、谐波下计量的准确性和轻载准确度等性能。

希望电表达到以下要求：①精度高：起动电流及精度的实际要求最低为该等级50%；②非线性下计量准确：包括有功和无功；③功率、电压功率因数以及电流等实时参数有比现在还高的精度；④影响量尤其是各类干扰的影响量要求更加严格；⑤量程宽：越来越多的用户选择使用8-10倍率，甚至20倍率。

目前智能电表根据预付费方式可以分为以下几种：①插卡式预付费电能表②射频卡预付费电能表③红外遥控预付费电能表④集中电子式预付费电能表⑤ gps预付费电能表而目前现有的射频卡预付费智能电表功能无法满足中国网新标准为单相电表设计所提出的设计要求，本文旨在原有的射频卡预付费智能电表的基础上，对智能电表进行软件上的研究和改进。

新型单相多功能电能表的设计王梦玲;邱益农【摘要】利用ATT7025单片机,结合LonWorks控制网络技术,开发设计了一种集遥控、遥信、遥测及定时控制于一体的单相电子式多功能电能表,该表具有LonWorks双绞线或LonWorks电力线或RS485多种通信接口;简要描述了单相电子式多功能电能表的系统结构,并阐述了LonWorks控制网络技术和ATT7025微处理器各自的特点和优势.【期刊名称】《江苏电机工程》【年(卷),期】2012(031)001【总页数】2页(P67-68)【关键词】控制网络技术;通信接口;多功能;电能表【作者】王梦玲;邱益农【作者单位】南京供电公司,江苏南京210008;江苏联宏自动化系统工程有限公司,江苏南京210036【正文语种】中文【中图分类】TM933.4随着大型公共建筑智能化的进一步推广，市场急需符合Lonworks技术标准的各种电能表。

目前绝大部分单相电能表不同时具备测量、遥控、定时控制及过流或过载保护等功能，且几乎都是RS485通信接口，其存在以下不足：不支持多种通信介质；只能是总线式拓扑结构；通信距离短、节点容量小，抗干扰能力差；只能是主从式通信。

本文采用LonWorks技术，结合ATT7025微处理器设计了一种能实现测量、遥控、定时控制及过流或过载保护于一体的单相多功能电能表。

1 LonWorks控制网络技术LonWorks是由美国Echelon公司开发的一种完整的、全开放的、互操作性强、可靠性高、成熟的分布式控制网络技术，它支持多种通信介质包括双绞线、电力线、无线（RF）、红外（IR）、同轴电缆和光纤；常用的双绞线传输速率达78Kbps/S，传输距离达2700m；电力线传输速率5.4Kbps/S，传输距离300～30 km；支持多种网络拓扑（包括总线型、星型、环型、自由拓朴），在同一个网域内，还可以通过中继器、网桥、路由器将多个网段或子网联接成一个大的网域，一个网域内可支持3万多个节点；LonWorks技术的核心是LonTalk通讯协[1]，该协议提供一整套完善的通信服务，使装置中的应用程序能在网上对其他装置发送和接收报文而无须知道网络拓扑、名称、地址或其他装置的功能,所有采用LonWorks技术的产品都遵循LonTalk通信协议，因此不同厂家生产的带LonWorks接口的产品都可以很方便地接入同一个LonWorks网络系统中去。

单相智能电表课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解单相智能电表的基础知识，掌握其工作原理和电路组成；2. 学会阅读和分析单相智能电表的参数，了解其计量功能和使用方法；3. 了解单相智能电表在节能减排和智能家居领域的应用。

技能目标：1. 能够正确使用单相智能电表进行电能测量，并准确读取数据；2. 学会分析单相智能电表故障，并能提出合理的解决方案；3. 培养学生的动手能力和团队协作能力，通过小组合作完成单相智能电表的安装与调试。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对单相智能电表及相关电子产品的兴趣，激发其学习热情；2. 增强学生的节能环保意识，使其认识到单相智能电表在节能减排方面的重要性；3. 培养学生严谨、负责的学习态度，使其在学习和生活中追求卓越。

课程性质：本课程为电子技术及应用领域的一门实用课程，结合当前电子技术的发展趋势，以单相智能电表为载体，培养学生的实际操作能力和创新能力。

学生特点：初三学生具有一定的物理知识和动手能力，对电子技术感兴趣，善于合作和探究。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调动手实践，培养学生的创新思维和问题解决能力。

通过本课程的学习，使学生能够掌握单相智能电表的基本知识和技能，提高其在实际应用中的操作能力。

二、教学内容1. 单相智能电表基础知识：- 电流、电压、功率等基本电学概念回顾；- 单相智能电表的工作原理；- 单相智能电表的电路组成及各部分功能。

2. 单相智能电表的使用与操作：- 电表的安装位置、接线方法及注意事项；- 电表的参数阅读与分析；- 电能测量方法及误差分析。

3. 单相智能电表的应用与维护：- 单相智能电表在智能家居中的应用；- 节能减排背景下的电表选用与维护；- 常见故障分析及处理方法。

4. 实践环节：- 小组合作完成单相智能电表的安装与调试；- 故障排查与维护实践；- 创新设计：基于单相智能电表的节能应用方案。

教学大纲安排：第一周：基础知识回顾，学习单相智能电表的工作原理及电路组成；第二周：学习单相智能电表的安装、使用方法及参数阅读；第三周：探讨单相智能电表在节能减排和智能家居领域的应用；第四周：实践环节，包括安装调试、故障排查、创新设计。

基于新型智能电表的设计分析摘要：本文主要对新型智能电表的设计进一步的分析和了解。

智能电表是智能电网的终端设备，是电压、电流等数据采集的重要设备，在电力部门和用户之间建立了沟通的桥梁。

关键词：新型智能电表；设计；技术；系统组成引言：随着科学技术的发展以及绿色经济，环境保护概念的影响，国家和社会要求电网企业进一步提高运行效率、供电质量、供电可靠性和服务质量，促使电网向着智能化的方向不断进步。

智能电表作为智能电网建设的关键终端产品之一，对于电网实现信息化、自动化、互动化具有重要支撑作用；智能电表的广泛应用能够提高电力企业的经营效率，促进节能减排，增强电力系统的稳定性。

一、新型智能电表的概念智能电表作为新时代的电力计量设备不但具有传统电表的功能，同时还具有实时监控以及信息交流、智能控制以及数据处理等功能，作为新型电网建设的终端设备，实现了智能化电能管理、交费。

型智能电表具有让用户交费对智能IC卡进行充值后并输入电表中，电表才供电，当卡中余额不足时，电表就会自动断电，同时，也给用户的购电信息实行微机管理，查询、统计、收费及打印票据等提供了便利条件。

另外，通过智能电表，管理系统可以直接获取用电终端的设计情况，实时的管理、查询并进行统计、收费，为电力工作提供了巨大的便利。

二、新型智能电表的系统组成1．智能远传表远传表是在传统计量表之上增加爱脉冲输出功能后的计量表的统称，其计量方式基本同于传统计量表。

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，继而通过管理计算机，对所采集的信息进行查询，即对任意用电数据信息进行查询，并依照管理计算机命令对信息进行处理。

基于NEC单片机的单相智能电能表设计的开题报告一、研究背景随着电力行业的不断发展，电能表作为重要的计量设备逐渐得到广泛应用。

在智能电网建设的背景下，传统的电能表已经不能满足市场需求，在计量精度、通信能力、远程监控等方面都需要进行优化改进。

因此，基于单片机的智能电能表应运而生。

NEC单片机是一种性能稳定、功耗低、集成度高的微控制器，适合用于智能电能表的设计。

本课题旨在利用NEC单片机设计一种单相智能电能表，以提高电能计量的准确性、可靠性和便捷性。

二、研究目的本研究的主要目的有以下几个方面：1.设计一种基于NEC单片机的单相智能电能表，实现电能计量、显示、存储、通信等功能。

2.优化电能表的计量精度，提高计量精度和稳定性，保证电能计量的可靠性。

3.增加电能表的通信功能，实现与上位机的数据通信，实现在线监测、远程抄表及远程控制等功能。

三、研究内容和技术路线本研究的具体内容和技术路线如下：1.硬件设计：采用NEC单片机，设计电路板和程序逻辑，实现电能信号采集、运算处理、计量抄表、时钟管理、存储控制等功能。

2.软件设计：编写NEC单片机的程序，实现电能计量、运算处理、通信协议等功能，并编写上位机程序，实现与电能表的通信和数据管理。

3.系统测试：对设计的电能表系统进行测试，包括计量精度、稳定性、通信性等方面，分析并解决出现的问题，优化系统的性能。

四、研究意义本研究的意义涵盖以下几个方面：1.提高电能计量的准确性和可靠性，保障用户权益，推动电力行业的可持续发展。

2.增加电能表的通信功能，实现在线监测、远程抄表及远程控制等功能，提高电能计量的便捷性和效率。

3.拓展NEC单片机在智能电网领域中的应用范围，促进单片机技术在电力行业的普及和应用。

五、进度安排1.前期调研：对基于单片机的智能电能表的研究现状进行调研，收集相关文献，了解市场需求和技术发展趋势。

2.系统设计：根据需求分析，进行硬件和软件设计，制定相应的技术方案。

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 to1control all the chips work, measuring, computing power, sent to the display module and storage module for real-time display. The meter is of low cost, easy to use, safe and reliable, with wide application prospect. Key words:Intelligent ammeter; metering chip; clock chip目录摘要 (1)1 引言 (4)1.1 电能表的发展历程 (4)1.2 本课题研究的主要内容 (6)2 系统设计 (6)2.1 系统方案论证 (6)2.1.1 电能计量系统方案设计 (6)2.1.2 其他模块的方案论证 (7)2.2 系统原理框图的确定 (8)3 电压、电流采样模块 (10)3.1 电能计量芯片简介 (10)3.1.1 ADE7755芯片结构 (10)3.1.2 ADE7755引脚排列及功能 (11)3.1.3 ADE7755工作原理 (12)3.2 电流、电压采样电路设计 (13)3.3 脉冲输出 (14)3.4 电能计量电路设计 (15)4 控制芯片、外围电路设计 (16)4.1 控制芯片 (16)4.1.1 AT89C52单片机介绍 (16)4.1.2 最小系统 (17)4.2 LCD显示模块 (18)4.2.1 引脚功能简介 (18)24.2.2 显示电路设计 (18)4.3 实时时钟 (19)4.3.1 时钟芯片简介 (19)4.3.2 引脚功能 (19)4.3.3 时钟电路设计 (21)4.4 其他电路设计 (22)4.4.1 电源模块 (22)4.4.2 存储模块 (22)4.4.3 IC卡接口 (23)4.4.4 通讯模块 (24)4.4.5 掉电检测 (25)4.4.6 磁保持继电器驱动 (26)5 结论 (28)参考文献 (28)附录1 智能电表原理图 (29)附录2 智能电表PCB图 (30)31引言随着市场经济体制的建立，电力已经作为一种商品走向市场，电力企业管理正转向商业化运行。

基于单片机控制的电子式单相智能电表设计随着现代智能电网技术的大力发展，智能电表作为智能电网的不可或缺的组成部分，也将迎来疾速发展。

将来，智能电表必将在全国大范围内安装。

因此对智能电表技术进行研究，将会有重大的现实意义。

传统电表测量精度不高，只显示用电总量，功能单一，并且人工抄表，十分繁琐。

研究智能电表是为了实现电表高精度测量，用电数据保护，简单的自动报警，远程抄表等功能。

其中远程抄表系统可以实现供电方和用电方的实时通信，不再需要人工抄表。

本此设计在对传统电表的弊端分析之后，提出了智能电表的设计方案，该设计主要由数据采样模块，电能计量模块，单片机控制模块，数据显示模块，数据存储模块，数据通信模块等组成。

其中，51单片机是智能电表的核心，外围其他所有的硬件都在它的控制下进行工作。

外围硬件电路采用模块化设计，数据采集模块的功能是把电网中不可直接测量的大电压、大电流转变为可以直接处理测量的小电压、小电流，然后通过电能计量芯片ADE7757，完成对电能计量。

显示模块的功能是为用户提供实时的电量信息。

存储模块、通信模块的功能是实现电量信息的及时存储和与上位机的交换。

目录引言 (3)1传统电能表 (3)1.1电能表的发展 (3)1.2 电能表的发展前景 (3)2 智能电能表 (4)2.1智能电表的概念 (4)2.2 智能电能表的典型结构 (4)2.3智能电表的主要特点 (4)3系统设计的基本思路和具体设计任务以及结构框图 (5)3.1系统设计的基本思路 (5)3.2具体设计任务 (5)3.3 系统结构框图 (5)4系统硬件电路设计 (6)4.1 计量芯片ADE7757 (6)4.1.1 ADE7757功能及特点概述 (6)4.1.2 ADE7757计量芯片的内部结构和各引脚功能 (7)4.1.3 ADE7757的原理特性 (8)4.1.4 ADE7757与单片机的接口 (8)4.2电能计量电路设计 (8)4.2.1电压采集通道设计 (9)4.2.2电流采集通道设计 (10)4.2.3计量芯片与单片机之间连线 (11)4.3单片机外围电路设计及器件选择 (11)4.3.1 单片机STC89C52概述、引脚配置及功能概述 (11)4.3.2 单片机控制电路最小系统 (13)4.3.3 LCD显示器模块设计 (14)4.3.3.1 LCD显示器工作原理简介 (14)4.3.3.2 芯片1602简介 (14)4.3.3.3 显示电路设计 (16)4.3.4 数据存储模块设计 (16)4.3.4.1芯片24C02简介 (16)4.3.4.2 存储模块电路设计图 (17)4.3.5时钟模块设计 (18)4.3.5.1 DS1302简介 (18)4.3.5.2 时钟电路设计 (19)4.3.6 通信模块设计 (19)4.3.6.1单片机串行通信基础 (19)4.3.6.2 RS232串行口标准简介 (20)4.3.6.3 MAX232简介 (20)4.3.6.4 接口电路设计 (21)4.3.7 电源模块设计 (21)5 系统软件程序流程图以及上位机设计 (23)5.1主程序设计框图 (23)5.2 功率计量流程图 (23)5.3 按键查询流程图 (25)5.4上位机设计 (25)6 总结 (26)附录 (27)1引言伴随我国经济的飞速发展，电力已经成为国家的不可或缺的能源。