电能表自诞生至今已有100多年的历史

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1、电能表的发展历程电能表自诞生至今已有100多年的历史。因为1kwh的电能量被定义为1度点，所以按计量单位，电能表又俗称电度表。电能表的发展分感应式电能表和电子式电能表两个阶段。地台感应式电能表是1889年由德国人布拉热提出，由匈牙利的甘茨电度表表公司首先按布拉热的专利进行制造，其重量高达36.5公斤。这是感应式电能的雏形，经过一百多年的不断改进和完善，才逐步形成今天这样的成熟产品。感应式电度表是利用电压线圈和电流线圈在铝盘上产生的我流与狡辩刺痛相互产生磁力矩，推动铝质圆盘转动，同时引入制动力矩，使铝盘转速与负载功率成正比，铝盘的轴（蜗杆）带动齿轮驱动计数器的鼓轮转动，有

2、计数器计算出转盘专属而测定出电能。（其外形见图1）随着电子技术的发展，人们开始在电能表中使用电子电路实现一些功能。早期的电子式电能表仍然采用感应式电能表的测量机构，由光电传感器完成电能一脉冲转换，然后由电子电路对脉冲进行计数处理，从而实现对电能的测量。由于这种表是感应式测量机构配以脉冲发生配置，因此被称为感应式脉冲电能表，也称电脉冲式电能表。这种表是感应式电能表向电子式电能表发展过程中得过渡产品。为了替代电磁感应式测量机构，从20世纪79年代起，人们开始研究炳实验采用电子电路的方案。其电子电路的共同特点是使用乘法器实现电功率的测量。目前常见的各类电子式电能表的测量机构均

3、采用这种电路模式，按所使用的乘法器是模拟的还是数字的分为模拟乘法器型电子式电能表和数字乘法器型电子式电能表。（图2）就是一种常见的采用乘法器的电子式电能表。本文就是用这种电能表进行DIY。近年来，微电子技术和计算机技术的高速发展，使电子式电能表的技术也迅速进步，逐步使电能管理实现自动化与智能化。新型的电子式电能表能对用户的用电参数进行分析计算，然后实施控制处理，通常把具有这些功能的电子式电能表称为智能电表。常见的智能表有IC预付费电能表（图3）、多费率电能表（图4）、具有远程抄表和控制功能的电能表（图5）等。最近在往事看到厦门部分居民小区俺赚了一种具备智能用电功能的智能

4、电表，捡来如果实现信息采集系统与智能电网的互动，市民出门在外时，可通过智能电表远程控制家用电表可为用户做出最优化的用电方案、节约用电。市场上还有一种智能插座（图6），把智能电表的有些方面有所扩展，插座上的LCD可以显示当前的用电量、功率、电压、电流、累计时间、频率、二氧化碳排放量等。电子式电能表的工作原理电子式电能表的工作原理为：由分压器完成电压取样，由取样电阻完成电流取样，取样后的电压、电流信号由乘法器转换为功率信号，经V/F变换后，输出的脉冲信号推动计数器工作，如果是智能电表，则将脉冲信号输入单片机系统进行处理。要完成上述功能，就要采用专用的电功率测量芯片，其中最常

5、用的AD7755就是一种高精度的电功率测量芯片，其内部的乘法器是数字型乘法器。AD7755的功能框图见图7，引脚见图8。它输出的脉冲信号可以直接驱动计数器的步进电机。AD7755的性能测试电路见图9。其中V1P、V1N为电流传感器的模拟输入端，V2P、V2N为电压传感器的模拟输入端。按图中SCF、S1、S0的接法、CF的输出频率是F1和F2的16倍。AD7755的信号处理框图见10两个ADC分别对来自CH1（交流电流取样）和CH2（交流电压取样）的电压信号进行数字化，这两个ADC都是16位的数模转换器。电流通道内的高通滤波器（HPF）滤掉电流信号中的直流分量，从而消除了

6、由于电流或电压失调所造成的有功功率计算上的误差。瞬时功率由电压信号和电流信号直接相乘得到，通过低通滤波器（LPF）的得到有功功率。再经电压-频率转换，引脚F1和F2以较低频率形式输出有功功率平均值，此脉冲推动计数器计数。引脚CF以较高频率形式输出有功功率瞬时值，用于仪表校验，由于其输出频率较高，便于进行处理，一次本文利用CF输出的脉冲信号作为测量信号。硬件电路把电子电能表机械计数改为电子数码计数器的电路见图11，我所使用的电子电能表的电路芯片是CES7755，只有16只引脚，他是AD7755的简化版本，用在这里的功能和AD7755一样。计数脉冲的输出端没有直接用CF，而

7、是选了受CF控制的用于测试的光电耦合器的输出端。电路中的单片机选用AVR单片机ATmega8L，它在这里起到三个作用：1.对INTO输入的脉冲信号根据需要进行处理；2.采用动态扫描的方式驱动数码管显示用电量；3.用ATmenga8L内部的EEPROM储存用电量，保证掉电后数据不丢失。因为后面几个制作对单片机时钟频率精度要求比较高，所以电路中选择使用外部晶体振荡器的工作模式，时钟频率选8MHz。单片机采用外部复位电路。数码管的驱动电阻R4~R11取值比较大是为减小电路的功耗，经试验数码管亮度也能满足要求。C1~C4、VD1~VD3、R1等组