智能化测控应用系统课程设计报告-基于单片机的分时计费智能电表设计报告

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1、西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告目录1前言12总体方案设计22.1方案比较22.1.1方案一22.1.2方案二32.2方案比较及选择43单元模块设计53.1各单元模块功能介绍及电路设计53.1.1电源模块电路53.1.2计量模块电路53.1.3时钟及LCD显示模块63.1.4信号采集电路83.2电路参数的计算元器件的选择93.3特殊器件介绍93.3.1ADE7758介绍93.3.2STC89C52单片机介绍103.3.3DS12887时钟芯片介绍103.3.4LCD1602液晶显示屏介绍114软件设计134.1软件设

2、计原理及设计134.2设计软件介绍134.2.1Proteus软件介绍144.2.2KEIL8051开发工具144.3软件结构图144.3.1电压电流采集子程序154.3.2AD转换子程序165系统调试175.1单片机及1602显示部分175.2万用板电路部分调试186系统功能、指标参数196.1系统能实现的功能19西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告6.2系统指标参数分析197结论208总结与体会219谢辞2210参考文献23附录1（原理图、PCB、实物图）24附录2（主程序）27西华大学电气信息学院智能化测控应用系统

3、设计报告1前言随着国民经济的不断发展，各地对于电能需求量也随之迅速增加，电力已经成为国家的最重要能源。但是，当前居民用电的管理过于落后，居民用电管理收费多年来一直采用先用电、后抄表、再付费的传统作业方式。居民用电绝大多数实行“分表制”，即若干集中居住的家庭使用一个总的电表，每户装一个分电表，作为居民交付电费的依据。但是这种管理方式，给居民和管理人员带来诸多不便，而且还存在着一些弊端。为了适应社会的需要，保证用户安全、合理、方便地用电，对传统的电表和用电的管理模式进行改造，使之符合社会发展的需要就显得很有需要。加上现在很多电表不能分

4、时计费，所以，我们一致决定选择了基于单片机的分时计费智能电表设计。所谓智能电表，就是应用计算机技术，通讯技术等，形成以智能芯片（如CPU）为核心，具有电功率计量计时、计费、与上位机通讯、用电管理等功能的电度表。本新型智能电表主要实现分时智能计费。本次设计主要采用ADE7758电能计量芯片和STC89C52单片机为核心，结合电流、电压采集，再通过信号滤波传给ADE7758，再经过STC89C52处理，最终在键控的触发下，送到LCD显示。此电表能实现用户在220V电压下所用功率的计算，并根据国家规定的用电高峰和低谷设置阶梯电价计算，并

5、显示出用户各时段所耗功率。不仅具有传统电表的功能，还能对用户的用电情况进行管理和控制，并且相比于传统电表的机械式结构，没有机械摩擦，大大的提高了准确度和灵敏度，且易于实现自动化测量，并且可以实现远程通讯和控制，具有较高的性能价格比，适合我国国情，有广泛的引用价值。智能电表利用微机技术，通讯技术等等，减少了能量的消耗，把采集，处理集中于一体，节省成本和人力资源，提高了工作效率，适应了现代用户的需求。通过基于单片机的分时计费智能电表设计，使我们更加熟悉有关单片机开发设计原理及方法，并能加深对单片机的理解和运用以及掌握单片机与外围接口的

6、方法和技巧，这些主要体现在以下方面：1．如何使用单片机的总线控制方式进行控制，以及单片机内部AD转换程序的应用。2.可以了解到LCD显示器的结构、工作原理以及这种显示器的接口实例。3.怎样扩展显示接口、如何驱动外围元件等。4.熟悉了单片机程序的编写，以及C语言程序的编写。23西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告2总体方案设计本电表采用分时计费原则，将电压，电流等参数进行采集，并通过处理后输入微处理器STC89C52，进行运算，并最终实现对于电能的准确计量和控制显示。通过查阅大量相关技术资料，在老师的建议下，结合自己的实际

7、知识，我们主要提出了两种技术方案来实现系统功能。下面将首先对这两种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后阐述最终选择方案的原因。2.1方案比较智能电表的设计，是基于对用户电压电流信号进行采集，并通过微处理器进行核心运算，当电压电流信号通过采集以后，通过高精度的AD采样保持，最终输入微处理器，并通过用C语言编写的程序键控控制处理器单片机，并且要求通过功率和电费的计算，进行显示与报警。对于电力参数的测试，例如电压，电流，有功功率，无功功率等，现在都有成熟的测量计算方法，对于电压有效值的测量，可以利用积分电路来

8、实现，也可以利用时间采样信号，将信号值平方，去均值以后，得到平方根，通过AD，进行采样，有功功率定义为，和为电压和电流的有效值，为功率因数。而对于非正弦波形的计算，只有通过积分运算来完成。2.1.1方案一在本设计方案中，核心器件为微处理器，这里我们