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基于cs5463单相智能电表的设计

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摘要 随着国民经济的发展,智能电表应用愈来愈广泛,智能电表在日本和欧美等发达国家已有了广泛的应用。本系统以高精度电表集成电路CS5463为计量核心、以51单片机为控制核心，并辅以必要的外围电路，可以精确地测量电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数、电量等各种单相电参数。系统主要包括采集模块、信号调理模块、计量模块、控制模块、时钟模块、显示模块等。同时还可以进一步实现预购置电量设置、分时段计量、超限保护、语音报警、打印以及与上位机通信功能。

关键词：高精度、电测量、51单片机系统 目录 1.绪论 ............................................................................................ 3 1.1课题来源及背景 ................................................................................... 3 1.2国内外智能电表应用现状 ................................................................... 4 1.3主要研究内容 ....................................................................................... 4

2.系统的总体设计方案 ................................................................ 5 2.1总体系统方案设计选择 ....................................................................... 5 2.2硬件方案设计 ....................................................................................... 9 2.2.1信号的采集与调理 ................................................................ 9 2.2.2显示模块 .............................................................................. 11 2.2.3电源模块 .............................................................................. 14 2.2.4充电时钟模块 ...................................................................... 14 2.2.5语音模块 .............................................................................. 15 2.3软件功能设计 ..................................................................................... 17 2.3.1系统主程序设计 .................................................................. 17 2.3.2 SPI串行总线 ..................................................................... 18

3.系统测试 .................................................................................. 21 3.1系统测试概述 ..................................................................................... 21 3.2系统测试指标 ..................................................................................... 22

4.总结 .......................................................................................... 23 5.致谢 .......................................................................................... 24 6.参考文献 .................................................................................. 24 1.绪论 1.1课题来源及背景 IC卡是集成电路卡(Integrated Circuit Card)的英文简称。在有些国家和地区也称之为智能卡、灵巧卡(Smart Card)、智慧卡，甚至微电路卡、微芯片卡(Microchip Card)等。将一微电子芯片镶嵌于符合IS078 l 6标准的PVC(或ABS等)塑料基片中封装成外形尺寸与磁卡类似的卡片形式，即制成一张IC卡。当然也可封装为钮扣、钥匙、饰物等特殊形状f4]。1 972年法国人罗兰·莫雷诺 首先提出IC卡的设想，l 976年法国布尔(BULL)公司研制出世界第一枚IC卡产品，并将这项技术应用到金融、交通、医疗、身份证明等多个行业，它将微电子技术与计算机技术结合在一起，提高了人们生活和工作的现代化程度。从此，IC卡技术迅速发展，已经形成一个涉及全球众多著名电子巨头的新兴技术产业。国际标准化组织(ISO)与国际电工委员会(I EC)的联合技术委员会为之制定了一系列国际标准、规范极大地推动了IC卡的研究和发展。目前，IC卡的应用已遍布全球。小小卡片与相关设备组成系统，就能为人类提供非常丰富的服务功能，产生意想不到的奇迹，创造出巨大经济效益和社会效益。 1.2国内外智能电表应用现状 在信息技术迅速发展的今天，公共事业收费实现网络化、智能化的呼声越来越高，特别是住宅小区，将个人用户的电表、水表、煤气表，实现远程集中式抄表，形成家庭智能化管理，提高物业管理水平，减少劳动强度是未来发展的必然选择。随着电子技术的快速发展和国家相关政策的推动，民用计量仪表的智能化是必然的发展方向。这不仅是我国的一种趋势，也将成为世界性的一种趋势。国家要求在电表改造方面要实现供电部门和用电部门、居委会或物业管理部门在供用电管理的规范化、自动化和收费网络化。IC卡智能电表解决了传统手工抄表方法存在的速度慢、可靠性差、自动化程度低等问题。经过几年的实际应用，收到了较好的效果，已成为我国用电管理的主流。政府也肯定了近几年，IC卡智能电表呈现出健康、稳定的发展态势。因此，智能IC卡表将是发展的主流。 IC卡预付费电能表以IC卡安全技术为核心，实现了售电和供电的智能化管理，达到一户一表、先买后用的目的，杜绝了费用拖欠和流失现象，同时保证了销售和供应过程的可靠性和安全性，防止恶意攻击和欺诈行为，使得整个预付费系统应用置于供电局的安全控管之下。

1.3主要研究内容 本系统以高精度电表集成电路CS5463为计量核心、以51单片机为控制核心，并辅以必要的外围电路，可以精确地测量电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数、电量等各种单相电参数。系统主要包括采集模块、信号调理模块、计量模块、控制模块、语音模块、通信模块等。同时还可以实现预购置电量设置、分时段计量、超限保护、语音报警、打印以及与上位机通信功能。

2.系统的总体设计方案

2.1总体系统方案设计选择 方案一： 利用单片机采样信号并且计算得出相应参数 （1） 简要框图：

图1 方案一系统框图 （2）原理概述 单相电电压、电流经调理电路调整为ADC可以采样的电压，然后用两个AD在一个信号的周期内采样固定的点，采样时钟由锁相倍频电路提供。将采样的得到的数据进运算，得出相应的电能参数。 相关公式有：

电压有效值 2()11iiiUuN，电流有效值 2()n11NnIiN，

有功功率 ()()11NnnnPuiN，视在功率 SUI 功率因数 cos/PS „„ 频率测量采用测周法，调理信号经过零比较给FPGA或单片机中断，计算单位时间内脉冲次数，从而得到频率。 这种方案是通常的信号分析与处理的方法，可以方便地得出题目所要求的电流、电压、有功、无功等参数。但是采用这种方案要求MCU进行大量的数学运算，且单片机的截断误差影响较大，使得最终的结果不会很精确。此外，数学运算会占用大量的MCU时间，使得我们很难去完成其他的附加功能。而且该方案使用了较多的硬件模块，不仅不便于调试，而且成本较高。

方案二 采用集成的电参数测试芯片CS5463 （1）芯片介绍 CS5463是Cirrus Logic公司推出的高精度电表集成电路，可用于单相或多相多功能电能表的计量处理。CS5463内部集合两通道ΔΣ模-数转换器、功率计算、电能到频率的转换和一个串行口等， 可以精确测量瞬时电压、电流和计算IRMS、VRMS、瞬时功率、有功功率和无功功率等，还具有温度传感器、电压下降检测、相位补偿功能，而且微控制器很方便用双向串行接口控制。另外，CS5463可以增益调整，自带温度传感器、数字滤波器分别消除温漂误差和滤出高次谐波，CS5463还可已自动增益校准、偏移校准和相移校准。

引脚功能  VA+/VA-：正负模拟电源，+5 V/0 V或+2.5 V/-2.5 V供电；  VD+/DGND：和数字地，+5V/0V供电；

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基于CS5460A芯片的智能电能表设计_钱云

基于CS5460A芯片的智能电能表设计_钱云

收稿日期:2006-12 作者简介:钱云(1972—),女,在读博士,研究方向为智能仪器仪表设计及信息技术。

图1　智能电能表硬件原理图图2　CS5460A 与单片机接口电路基于CS5460A 芯片的智能电能表设计钱　云,庄　严,鲁子卉(北华大学电气信息工程学院,吉林132021) 摘要:设计一种基于CS5460A 芯片的新型智能电度表,阐述了它的工作原理及软、硬件设计方法。

该表主要功能有:电能计量,分时费率,可实现红外、RS485总线等远程抄表。

关键词:电度表;CS5460A;单片机;红外通信;RS485总线中图分类号:T M933.4 文献标识码:B 文章编号:1006-2394(2007)05-0008-03I n telli gen t Electr i c M eter D esi gn Ba sed on CS5460A Ch i pQ I A N Yun,ZHUANG Yan,LU Zi 2hui(B ihua University Electricity I nf or mati on Engineering I nstitute,J ilin 132021,China )Abstract:This article designed a ne w kind of intelligent electric meter based on CS5460A chi p.It elaborated its p rinci p le of work and the s oft w are and hard ware design method .Its main functi ons includes:the electrical energy meas 2ure ment,the ti m e sharing dup licate expense,l ong 2distance aut omatically cop ies the table .I nfrared cop ies the table,the RS485bus cop ies the table and s o on .Key words:electric meter;CS5460A;single chi p m icr ocomputer;infrared communicati on;RS485bus 本次设计的智能电能表是一种比较理想的电量计量仪表,可以实现集中抄表、用电监测和信息统计等方面的计算机科学管理,从而提高用电管理的工作效率和管理层次,缓解用电矛盾,带来极大的经济效益和社会效益。

智能电表的设计

智能电表的设计

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。

基于单片机的智能电表系统设计

基于单片机的智能电表系统设计

SYS PRACTICE 系统实践智能电表是智能电网的智能终端，既具有传统电表的用电计量功能，又具有多种智能化功能。

目前的电表多是单向式的，也就是电表只与电力部门交换信息，用户则无法及时了解自己的用电情况。

而如果用户能及时了解自己的用电信息，则在一定程度上会提高节电意识，从而能在生活中节约用电，达到节能降耗的目的，有较大的现实意义[1]。

因此，本文研究和设计了具有用户端的智能电表系统，系统中的电能表能具有客户端，能实现电表与电力部门以及用户的双向通信与互联。

一、系统概述本文研究和设计的智能电表系统是以单片机为控制核心的一个系统，包括电表主系统和用户端系统两个部分。

电表主系统的结构框图如图1所示。

图1电表主系统结构框图本系统的主要核心是单片机AT89C52，电能采集芯片ADE7755将电能信号转化为脉冲输出到单片机，此脉冲的个数可以用来计量电能；使用存储器件AT24C02存储总用电量，即使停电，电能的相关数据也不会丢失；在时间计量上采用了时钟芯片DS1302；继电器模块在用户欠费或电力维修需要时，可以对用户进行断电；液晶显示屏上显示时间，年月日信息以及实时的电能信息；通信模块可以实现单片机系统与电网的通信，考虑到所选用的单片机只有一个串行通信口，所以增加了一块从单片机来实现电表与用户端的通信。

当电量发生变化时，主单片机通过I/O口通知从单片机，使从单片机存储的电量同步增加。

用户端系统的结构框图如图2所示。

本系统的主要核心也是单片机AT89C52，使用存储器件AT24C02存储总用电量，月初电量；时间计量上同样采用了时钟芯片DS1302，同时利用测温器件DS18B20进行室内温度的测量。

液晶显示屏上显示时间，年月日以及星期，同时显示当前室内的温度；当本月用电量超过相应阶梯电量的上限，会显示某一阶梯电量已满，请节约用电，并点亮相应的报警指示灯。

通过功能按键，可清除报警画面、进行本月用电量的查询以及调整时间信息。

基于单片机单相数字电功率表的设计设计

基于单片机单相数字电功率表的设计设计

基于单片机单相数字电功率表的设计设计摘要本文主要讲述了基于单片机的单相数字电功率表的设计。

该单相数字功率表采用AT89C52单片机作为中央处理器，其间通过检测电压电流值，采用过零比较法利用单片机的定时器计算出相位角ϕ，最后依据ϕP=得出电网功率，最后UICOS将检测到的测量值显示在液晶显示器上。

另外本文介绍了其相关硬件电路和软件程序流程图，本设计主要包括下面几方面：交流信号数据采样与处理、模数转换、单片机应用与编程、液晶显示。

随着社会的发展，电子产品逐渐朝着数字化、信息化、自动化方向发展，本设计的数字功率表也逐渐取代了传统指针式模拟功率表，其具有抗干扰能力强、精度高、可扩展性强、集成方便等优点，具有良好的研究意义。

关键词：单片机数据采集过零比较液晶显示AbstractThis paper describes the design of single-phase digital electric power meter based on MCU.The single phase digital power meter using AT89C52 microcontroller as the central processor, which by detecting the voltage and current value, the zero crossing comparison method the use of single-chip timer to calculate the phase angleϕ, finally based on ϕP=the results of the power, the measurement of the detected value displayed on UICOSthe LCD monitor.This paper also introduces the related hardware circuit and software program flow chart, the design mainly includes the following aspects: sampling and processing, analog-to-digital conversion, application and programming, MCU LCD AC signal data.With the development of society, electronic products gradually towards digitization, informatization, automation development direction, the design of the digital power meter has gradually replaced the traditional analog pointer type power meter, it has advantages of strong anti-interference ability, high precision, strong expansibility, easy to be integrated, with good research significance.Keywords:microcontroller data acquisition more than zero liquid crystal display目录摘要 (I)Abstract ............................................................................ I I 第1章概述.. (1)1.1 设计背景与意义 (1)1.2 研究内容 (1)第2章系统方案设计 (2)2.1 系统基本思想 (2)2.2 系统功能要求 (2)2.3 系统框图 (3)2.4 设计方案及技术分析 (3)2.4.1 电压电流采集模块 (3)2.4.2 信号处理模块 (4)2.4.3 模数转换模块 (4)2.4.4 相位角测量模块 (4)第3章系统硬件分析 (5)3.1 电路测试系统的分析 (5)3.1.1 单片机最小系统简介 (5)3.1.2 数据存储器24C16 (5)3.2 系统的前向通道 (8)3.2.1 电压、电流采样的前置电路 (8)3.2.2 相位角测量的前置电路 (10)3.2.3 模数转换电路 (11)3.3 键盘电路 (15)3.4 液晶显示电路 (15)第4章系统软件设计 (18)4.1 Keil编程软件介绍 (18)4.2 程序设计 (18)4.2.1 系统的主程序设计 (18)4.2.2 初始化子程序的设计 (19)4.2.3 测量子程序 (21)4.2.4 液晶显示子程序 (26)4.2.5 键盘扫描子程序 (28)第5章系统调试过程 (30)5.1 Proteus软件应用 (30)5.2 电压、电流采集模块调试 (30)5.3 相位角测量模块调试 (31)5.4 液晶显示模块调试 (33)5.5系统调试 (33)第6章总结 (35)参考文献 (37)致谢 (38)附录A:原理图 (39)附录B：仿真图 (40)附录C：部分程序 (41)第1章概述1.1 设计背景与意义随着社会的发展，电能在人们的生活中无处不在，并以各种形式影响着人们的生活。