电子式电能表电路的设计与实现

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1、结课报告课程名称：智能仪器及仪表技术项目名称：电子式电能表电路的设计与实现专业：12级电气工程班级：一班学号：1202011005姓名：姚翔任课教师：魏颖备注：完成日期：年月日电子式电能表电路的设计与实现1、方案叙述1.1 设计功能要求 设计制作一只交流电能表表，设计的主要要求如下： （1）该交流电能表能实现对单相交流电能的测量； （2）电表参数：额定电压220V,额定电流5A,最大电流10A，最大计度容量：99999.99Kw.h； （3）能测量并显示当前的功率、电压和电流的有效值； （4）显示当前日期和时间，具有分时计

2、量功能； （5）可以与PC机进行串行通信，并可用键盘控制，便于操作；（6）电量脉冲输出； （7）停电不丢失电能数据； 1.2系统的基本方案 该系统主要由显示模块、通讯模块、键盘控制模块、MCU模块、电能表芯片CS5460模块、时钟模块、存储器模块和前端电路调理模块部分组成。前端电路调理模块采用变比1：1 的电流型电压互感器，电流模块采用变比2000：1 的电流互感器，利用取样电阻采样信号，经变换后的信号以差模电压的形式接到由CIRRUS LOGIC 公司生产的电能表芯片CS5460A，取样电阻的阻值由被测信号的最大值决定，

3、然后经CS5460A转换后将电压、电流、功率、电能等信号传给单片机AT89S52，AT89S52组成的MCU模块控制所有芯片的工作、截止及计算和模块的显示，显示模块采用OCMJ4X8CM液晶模块，液晶正常显示当前测量的电能值、日期、时间，可通过键盘控制显示电压、电流有效值、功率等；通讯模块采用Max232芯片实现电能表与PC机之间的通信。并接受PC上位机同步控制并与其通信，时钟模块采用DLS1302芯片，为电能表提供时间基准，为实现多费率打下基础，存储模块采用AT24C16，为系统提供数据存储，可以做到掉电不丢失数据，还可

4、以实现电力系统参数的实时记录，该系统可以实现对电能等电参量测量、显示及采集处理的目的。系统硬件框图如图2-1所示：电流型电压互感器电压信号电流互感器电流信号流/压变换电路CS5460AT89S52KeyLCDPC机图1-1多功能电能表硬件框图DS1302AT24C161.3电能计量部分 方案一：采用A/D转换芯片分别对电压、电流回路采样，然后送给单片机，经单片机计算，算出电能、功率等电量。该方案电路设计较麻烦，并且容易受外部干扰，准确度低，并且编程较麻烦。 方案二：采用现在比较流行的电能计量芯片CS5460A实现对电能等电

5、量的采集和测量。CS5460A是Crystal公司推出的用于测电流、电压、功率等的芯片,是CS5460的增强版,精度高、性能强且成本低。CS5460A包含两个ΔΣ模-数转换器（ADC）、高速电能计算功能和一个串行接口的高度集成的ΔΣ模-数转换器。它可以精确测量和计算有功电能、瞬时功率、IRMS 和VRMS，用于研制开发单单相2线或3线电表。CS5460A可以使用低成本的分流器或互感器测量电流，使用分压电阻或电压互感器测量电压。CS5460A具有与微控制器通讯的双向串口，芯片的脉冲输出频率与有功能量成正比。CS5460A具有

6、方便的片上AC/DC 系统校准功能。“自引导”的特点使CS5460A能独自工作，在系统上电后自动初始化。在自引导模式中，CS5460A从一个外部EEPROM中读取校准数据和启动指令。使用该模式时，CS5460A工作时不需要外加微控制器，因此当电表用于大批量住宅电能测量时，可降低电表的成本。并且本芯片集成度较高便于编程控制，故本设计采用此方案。2、软件设计思想叙述在单片机测量系统中，软件的重要性与硬件同等重要。硬件是躯体，软件是灵魂，但系统的硬件电路确定之后，系统的主要功能还要靠软件来实现，而且软件的设计很大程度上决定了系统

7、的性能。本系统的软件设计是在KeilULINK的软件环境下采用C语言编程和调试的，Keil系列软件具有良好的调试界面，优秀的编译效果，丰富的使用资料，应用十分广泛，而C语言功能丰富，表达能力强，目标程序效率高，可移植性好，即具有高级语言的优点，又具有低级语言的许多特点，两者的完美结合，很好的实现了软件功能。2.1主流程图为了实现电能表的功能,软件可划分为:功能操作模块及系统参数自校正模块。系统功能操作模块的主要功能为:为系统与操作人员之间提供友好的交互界面,对系统进行有效的管理。因此该功能模块为该电能表的核心部分。其工作流

8、程图如图4-1所示。其中系统参数包括波特率、电能常数等,相应的初始化流程包括初始化GPIB地址及波特率,初始化系统电能常数,初始化电流偏置系数,初始化电压偏置系数,初始化功率系数。设置GPIB地址对于单个的电能表没有意义,该电能表用于电能管理系统中时,GPIB地址特别重要,是本电能表区别于其他电能表的标