基于单片机的分时计费智能电表设计
基于单片机的智能电表的设计
基于单片机的智能电表的设计摘要近年来，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，最后对智能电表的未来进行了展望。
本设计实现了电能数据的计时计量、自动计费、即时双向通信等功能，能够实现住宅能耗计量的高质量和高效率管理，为居民的优化用电提供了帮助。
基于单片机的数字电能表设计--大学毕业设计论文
单位代码：HC-DQ121基于单片机控制的数字电能表设计姓名： Ezreal Yi院系：物理与机电工程学院专业：电气工程及其自动化班级：学号： 05315127时间： 2016年1月1日摘要在设计中试图探索分时计费数字电能表的设计技术，主要工作内容有：基于MSP430C323进行了电能表的完整设计，探索了利用MSP430C323的有限硬件资源与软件的有机结合，实现实时时钟、I2C和串行通信等接口的设计方法；以电能表为对象，重点探讨了基于低功耗单片机的低功耗仪表的基本原理和设计技术，综合设计使电能表的工作可靠性得到大大提高，对其它低功耗仪表的设计具有参考价值。
关键词：多费率电能表；MSP430单片机；硬软件合成ABSTRACTIn the design, I try to search the design technique of time sharing charging digital electrical energy meter. The main work content includes: made out integrity the design of the electrical energy meter based on MSP430C323H, searched for using the limited hardware resources and the software organic synthesis of MSP430C323, realized the design method of real-time clock, I2C and serial port communication; the electrical energy meter as the object, , the basis theory and the design technique of low power loss instrument basing on the low power Single-Chip computer has been discussed, the integrated design make the electrical energy meter’s operational reliability to improve greatly, its reference value is useful to design other kind low power loss meter.Key words:Multi-tariffs electrical energy meter; MSP430 Single-Chip computer; hardware and software synthesis目录1 引言 (1)2 电能测量与多费率电能表 (2)2.1 电能参数的测量 (2)2.2 多费率电能表的原理 (3)3 电能表的硬件电路设计 (4)3.1 硬件总体方案 (4)3.2 MSP430C3XX系列单片机 (5)3.3 ADC14的原理与电压电流输入通道的设计 (6)3.4 电压电流输入通道的设计 (8)3.5 串行E2PROM接口 (9)3.6 串行通信接口的实现 (10)3.7 红外接口的设计 (10)4 电能表的软件设计 (12)4.1 电能表的主流程与模块化程序设计 (12)4.2 电能测量模块的设计 (13)4.3 电能计费模块的软件设计 (15)4.4 E2PROM读写模块的设计 (15)5 总结 (20)参考文献 (21)谢辞 (22)1 引言电能是社会生产、人民生活必需的重要能源之一，随着国民经济的不断发展，电力需求急骤上升，电力供应与电力需求出现了不平衡。
基于80C51单片机的智能电表设计
基于80C51单片机的智能电表设计智能电表的推广与使用是一项惠及百姓的民生工程，它大大改善了农村居民用电条件，提高了配电网的自动化水平，对于减少电力能源的消耗具有重大的意义。
采用单片机80C51为核心，同时增加电能计量芯片CS5460A、LCD显示器1602、Wifi通信电路、SD存储卡等芯片，来实现电能的计量与显示、无线通信、数据存储等功能。
用户可以通过电表上的按键来选择是显示用户当前用电量，还是某一时段用电量。
随着计算机技术和通信技术的发展，建筑智能化程度越来越高。
住宅的智能化抄表系统在建筑智能化中是必不可少的。
在我国，对用户的电表仍采用人工抄表的方法。
这种原始的查表方法不仅造成了人力、物力的浪费，打扰居民正常生活，而且其精度差，电量数据需要人为读数不能实时传输。
为了从根本上解决这个问题，因此设计一种基于单片机的智能电表。
电表若以单片机为主体取代传统仪器仪表的常规机械及电子线路，可以容易地将计算技术与测量控制技术结合在一起，形成智能化测量仪表。
这种仪表由计量电路、微处理器、LCD显示器、实时时钟、通信接口及电源等组成，具有电能量计量、信息存储及处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能。
1 智能电表的工作原理智能电表的硬件方案框图如图1 所示。
电能表主要由计量、电源管理、存储、显示、按键处理、脉冲输出和通信单元7 个部分组成。
本文的智能电表是以80C51为核心处理器。
除此之外，加入了电能计量芯片CS5460A 和LCD 显示芯片1602，用于用户用电量的计量与显示。
但是，由于CS5460A芯片只能测量瞬时的电量，所以，还需要采用时间芯片DS1302将时间分段，这样电表就可以通过按键，不但可以显示出用户的瞬时用电量，而且还能显示某个时段的用电量。
WiFi通信电路的使用，可以实现智能电表的无线通信，这样查电表的工作人员不用再挨家挨户的登门查询，而是直接接收WiFi信号，就可以了解到用户的用电情况，比较方便、省时。
基于51单片机的智能电表设计说明书
摘要电表表示着人们日常用电的多少，现在每家每户安装的基本上是带有转盘的那种电表，它只能显示出用电总量。
若想查看上个月的用电量，只能靠电费单计算得来。
现在已经是信息时代了，这种做法很显然跟不上社会潮流。
近几年来，社会提倡低碳、绿色经济和可持续发展，在这种思想的推动下，智能电表将会成为社会的潮流。
智能电表是在传统电表的基础上增加了自动化和智能化的功能，从而进一步提高电网的效率、提高供电的可靠性、电能的质量并且完善用电户的服务，从而更好适应电力市场。
现在智能电网是全球电力部门研究和讨论的热点话题，智能电表是智能电网中的最重要的环节，它支撑着电网的信息化、自动化以及互动化等方面的实现。
微处理器是智能电表的最主要的核心器件。
它可以储存海量的检测数据，同时对测量出的结果进行分析、判断和处理。
本次设计是运用单片机STC89C52为微处理器、CS5460A 芯片进行电能测量和计算、X5045芯片作为外部存储、数码管进行显示进行设计的。
关键词智能电表；自动化；C51单片机；CS5460AAbstractElectricity meter means the number of people everyday electricity, and now every household is basically equipped with the kind of meter, which can only show the total amount of electricity. To see the power consumption last month, only by electricity single calculated. It is now the information age, and this approach is clearly not social trends.In recent years, the social promotion of low-carbon, green economy and sustainable development, in the promotion of this idea, smart meter will become the trend of the society. Smart meter is automatic and intelligent function is added on the basis of traditional meter, energy efficiency so as to further improve the power grid, improve power supply reliability, power quality and perfect service of the users, in order to better adapt to the power market. Now the smart grid is a hot topic in the global power sector research and discussion, the smart meter is the most important part of smart grid, which support the realization of grid informationization, automation and interaction of.The microprocessor is the most important core device of the smart meter.. It can store vast amounts of detection data and analyze, judge and process the results of the measurement.. This design is the use of single-chip microcomputer STC89C52 and CS5460A chip for power measurement and calculation, X5045 chip as the external storage, digital tube display design.Key words Smart meter Automation 51 MCU S5460A目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1智能电表的概念 (1)1.2智能电表的发展背景 (1)1.3智能电表的结构 (2)1.4智能电表的主要特点 (2)第2章主要芯片的介绍 (4)2.1微控制器STC89C51单片机 (4)2.1.1 简介 (4)2.1.2 主要特性 (4)2.1.3 引脚功能 (4)2.2电能计量芯片CS5460A (6)2.2.1 简介 (6)2.2.2 主要特征 (7)2.2.3 引脚功能 (7)2.3外部寄存器X5045 (8)2.3.1 简介 (8)2.3.2 主要特性 (8)2.3.3 引脚功能 (9)2.4时钟芯片DS1302 (9)2.4.1 简介 (9)2.4.2 主要特性 (9)2.4.3 引脚功能 (10)2.574HC138译码器 (10)2.5.1 简介 (10)2.5.2 主要特性 (10)2.5.3 真值表 (10)2.6LED数码管 (11)第3章总体设计方案 (11)3.1设计功能要求 (12)3.2智能电表的总体方案设计 (12)第4章硬件部分的组成 (13)4.1电压电流采样模块的设计 (14)4.1.1 电压调理电路 (14)4.1.2 电流调理电路 (15)4.2CS5460A的外部电路 (15)4.3数码管连接电路 (16)4.4组合键盘连接电路 (16)4.5EEPROM连接电路 (18)4.6时钟芯片DS1302连接电路 (18)第5章软件部分的设计 (19)5.1主程序流程 (19)5.2CS5460数据交换方法 (20)5.3时钟芯片的读写流程 (21)5.4外部寄存芯片的读写流程 (21)5.5按键扫描流程 (22)5.6数码管显示功能的实现 (23)结论 (24)参考文献 (25)致谢 (26)附录 (27)第1章绪论1.1 智能电表的概念智能电表它是科技时代的新产物，它能够进行测量、数据处理，因此测量单元、数据处理单元是它的重要组成部分。
基于单片机的数字电能表设计
基于单片机的数字电能表设计数字电能表是测量电能并传递数据的电气装置。
它们通常采用单片机芯片来实现计算，并将其存储在内存中。
本文将介绍单片机数字电能表的设计方案。
1. 系统结构设计数字电能表的系统结构包括传感器、信号处理电路、单片机芯片、数字显示部分和通讯接口。
传感器用于测量电压、电流等信号并将其转换为电信号。
信号处理电路将采集到的模拟信号转换为数字信号并进行滤波和放大处理。
单片机芯片负责处理信号并实现计算，测量功率、电能、电量等。
数字显示部分将计算结果以数字形式展示出来。
通讯接口用于与计算机、集中抄表系统等外部设备进行数据通讯。
2. 系统功能设计数字电能表的主要功能包括：测量电量、功率、电流、电压等参数；统计电量、功率等负荷分布；完成智能电网的控制和管理；提供数据采集和远程通讯功能等。
3. 硬件设计3.1 传感器设计传感器主要包括电压、电流互感器以及电能表表芯等，其中电压互感器和电流互感器将采集到的电信号转换为电压信号和电流信号，电能表表芯则用于计量电能。
应选择准确可靠的传感器，以保证数字电能表的精度和稳定性。
3.2 信号处理电路设计信号处理电路主要完成信号转换、滤波和放大作用。
转换模拟信号为数字信号是数字电能表工作的前置条件。
采用滤波技术可有效降噪，提高系统稳定性。
应选择具有较高增益、较低噪声、抗干扰能力强的运放等器件。
3.3 单片机设计单片机芯片是数字电能表的核心部分。
MCU通常采用单片机，具有高精度、运算速度快、易于编程、易于扩展等优势。
应根据用户需求选择不同类型的MCU，如8位单片机、16位单片机等。
3.4 数字显示部分设计数字显示部分是数字电能表中的另一个重要组成部分。
可通过数码管、液晶显示屏、LED显示等形式直观地显示电能、功率、电压等参数。
应选择可靠、耐用、能够满足用户需求的显示器件。
3.5 通讯接口设计通信接口可采用RS485通讯、光纤通讯、以太网通讯等形式。
RS485通讯是数字电能表中应用最广泛的通信方式，稳定性好、通讯距离远。
单片机实现分时计费智能电度
单片机实现分时计费智能电度
引言
分时计费智能电度表正是适应分时计费用电制度的一种新颖的单片机化智能电能计量产品。
它既保留了原有三相/单相电度表的主要功能，又增加了分时计算用电量和电费的功能。
该方法对于解决用电负荷量不平衡问题，充分发挥现有的发电能力，可以起到相当重要的作用。
1 智能分时计费电度表的结构原理
本智能电度表在保持现行三相/单相电度表作为电量计量标准的基础上，仅仅通过在表盘上打一个很小的光电检测孔，从而使表盘每转一圈都给出一个脉冲信号，然后经过放大和整形后，将此脉冲信号作为单片机外部计数脉冲的输入信号。
一般情况下，该智能分时计费电度表可以由两部分组成。
第一部分是原有的三相/单相电度表，该部分仍可单独作为电量计量系统使用，也就是说，表盘每转一圈，经过齿轮传动，由机械式计数器显示出用电度数，这一。
基于单片机的数字电能表设计
基于单片机的数字电能表设计1系统总体设计方案数字化电能表机是由多个硬件模块组成的，它们各自具有各自的功能，在电能表机的硬件体系中起到了重要的作用。
利用MCU将模块与模块之间统一地联系在一起，最终构成了一个具有强大功能的智能电表系统，整体设计框图具体如下：硬件模块的详细信息：1.MCU：用于数据处理，运算，显示，通讯等的中央处理单元。
2.时钟：为电能计在不同的时间段和不同的速率下，给出准确的时间信息，以进行电能计量。
3.在显示方面，利用液晶显示器对累积的电量或其他信息进行显示。
4.内存：当 MCU中的 RAM断电时，会失去即时的资料，所以在外部插入一块内存，用以储存在各个时间点上的电能。
5.供电：利用电力转换对主网络中220伏 AC进行降压和整流，使其成为5伏 DC。
在停电时，也有专门的后备电池提供电力，以保证电量计的正常工作。
6.A/D变换：其基本功能是将所述模拟电气数据变换为能够被所述 MCU读出和工作的所述数字电气数据。
将 AC高电平信号变换为可由 MCU处理的低压电平信号的电流、电压取样模块。
2 系统硬件设计2.1 AT89C51单片机系统AT89C51单片机已从最初的 MCU控制器发展成为具有强大外部扩展功能的产品，其内部的4 K字节 FLASH存储器可以进行在线的电擦除、电写入以及利用编程器对其进行重复编程[5]。
除此之外，AT89C51系列的单片机还可以实现动态下载程序代码，还可以进行反复编程，因此受到了开发商和消费者的青睐。
2.2 ADC0832芯片ADC0832是一个8比特分辨率的双通道 A/D变换器，它采用了ADC0832芯片。
它小巧、兼容度高、价格比高。
ADC0832单片机的分辨率达到了256个量级，能够实现普通的模拟信号的变换。
本发明所提供之模拟输出电压范围为0至5V，刚好满足电能表所需之供电需求。
该芯片的变换过程只有32微秒，变换速率高，稳定性好。
采用了单独的晶片支持输入方式，使得多设备的挂起及微机的控制更为便捷[7]。
基于单片机的分时计费智能电度表的设计
基于单片机的分时计费智能电度表的设计作者：朱栩赵雪来源：《好日子（下旬）》2018年第01期摘要：本设计主要是以如何设计新型的分时计时的电表以及电路为主要的研究目标，其工作原理是用单片机为处理器，进而实现时间的计算，用单片机来控制用户所用的电量的显示和相关继电器的开关和闭合，在完成正常工作的同时，电路还应该具有记忆性，对输入电表的信号做出处理反应的功能。
我将对设计各个模块电路进行解析，仔细不留死角地解释了模块电路的设计过程，同时也在文中写出了对不同模块的各种工作原理的解释和改进之处。
关键词：51单片机；时钟电路；液晶显示；分时电表引言以前的人是如何用电的呢，首先每一户用电的家庭都需要按装电表，然后由抄表员在每一段规定时间去进行电表数据的记录，然后由用电用户亲自去当地的电费缴纳厅缴纳电费.这种运行模式存在很多的问题，浪费了大量的人力物力，同时工作效率也不高.为了处理与解决这些问题，经过对比国内外的各种电表设计吸取经验，设计出了以51单片机位基础的多功能分时智能电表。
本电表使用单片机为核心，使用ADE7755电能检测模块检测用电量，运用时钟模块，实现用电量的分时计算管理。
本文将以硬件和软件两个方面进行讲解。
将电路分成功能作用不同的模块，其中主要的包含电量的监测、电量的显示、为了保护系统而设计的报警电路，为了及时设计的时钟电路等诸项电路一一作出了分析和改进。
在进行硬件设计的时候还进行了软件的设计，本在软件方面采用C语言进行编制，并将硬件和软件相结合。
此项设计具有阶梯电价计费；可记录12个月的有功总电量和分时电量；可设置非工作营业时段和应急赊欠限量；具有内置声、光报警、跳闸断电功能等功能。
1 分时电表方案设计此项设计在硬件方面是由不同的电路相组合而成。
其中包含主要的控制系统单片机、数据显示模块、计数时钟模块、供电监测模块和电路的报警模块等。
1.1单片机模块此项设计的控制核心为STC89C52型號的单片机，这款型号的单片机是由STC公司设计、研发生产的。
利用单片机分时电价系统设计 精品
一、课题说明随着经济的快速发展，电力需求的不断增长和能源价格的不断提升。
用电紧张已经成为突出的问题摆在我们面前。
而电力又不是可以储存的特殊商品，某些时段用电多，其他时段用电少。
用电高峰时电力供不应求，用电低谷时又电力过剩。
为了应对这样的难题，可以采用分时电价来缓解供需矛盾，提高电力利用效率。
分时电价是指在不同时段采用不同电价，根据用电需求和电网负荷将每天的时间划分为用电高峰时段（6：00～22：00）和用电低谷时间段（22：00～6：00），高峰时段执行较高电价（0.8元/度），低谷时段执行较低电价（0.6元/度）。
通过价格杠杆调节电力资源。
从而提高电力利用效率。
本设计利用单片机控制普通电能表，实现分时计费的功能。
本系统可以作为额外的模块安装到普通电能表，这样用户已安装的普通电能表不需要更换为新的电能表，仅仅另外安装了本系统后就可以作为一个标准的智能电能表使用。
本系统实现以下功能：1、记录高峰用电量2、记录低谷用电量3、记录总用电量4、计算并记录高峰时段用电电费5、计算并记录低谷时段用电电费6、计算并记录总电费7、显示高峰用电量8、显示低谷用电量9、显示总用电量10、显示高峰时段用电电费11、显示低谷时段用电电费12、显示总用电电费13、清除电量记录和电费记录记录和计算用电量、电费都由单片机编程完成，显示功能由单片机控制LCD实现。
相应的显示功能选项由键盘按键选择。
二、系统整体设计本系统的设计时将整个系统划分为多个模块，简化设计流程。
同时便于团队协作，将多个任务分配给多人完成。
本系统可以简单的划分为5个模块：1、光电转换模块，用于将普通电能表的转数通过光电器件转换为电脉冲，送入CPU的T1端口。
2、键盘模块，用于将按键转换为按键编码，并用中断的方式通知CPU有键被按下。
3、LCD 显示模块，用于显示必要的提示信息和电量、电费的数值。
4、时钟模块，为CPU模块提供精确的时刻计数5、核心控制模块，由SST 公司的89C58单片机和必要的外围芯片构成，用于接受光电模块送来的电脉冲，对脉冲进行计数，将计数值转化为电量，根据由时钟模块中取得的小时，判断用电的时段，计算相应时段的电量和电费，并记入总电量和电费；接受键盘的中断，根据不同的按键显示不同的功能；控制LCD显示模块，将CPU内部的数据送到LCD上显示，并显示必要的提示信息。
基于单片机的数字电能表设计
基于单片机的数字电能表设计基于单片机的数字电能表是一种用于测量电能消耗的仪表。
它可以帮助用户准确地了解家庭或工业用电的情况，并根据实际情况做出相应的调整。
数字电能表的设计基于单片机技术，单片机作为控制核心，具有高性能、低功耗的特点，能够满足电能表的各种功能要求。
通过单片机的控制，数字电能表可以实现电能的测量、显示和存储等功能。
数字电能表的测量功能是它最基本的功能之一。
它可以通过测量电流和电压来计算电能的消耗。
在测量过程中，单片机通过对电流和电压进行采样，并进行运算得出电能的消耗量。
通过数字显示屏，用户可以清晰地看到当前电能的消耗情况。
除了测量功能外，数字电能表还具有显示功能和存储功能。
通过数字显示屏，用户可以直观地查看电能的消耗情况。
数字电能表还可以将电能的消耗数据存储在存储器中，方便用户随时查看和分析。
这样，用户可以根据存储的数据来合理安排用电，节约能源。
数字电能表还具有报警功能。
当电能消耗超过一定阈值时，数字电能表可以通过报警装置提醒用户。
这样，用户可以及时采取措施，避免电能的浪费。
数字电能表的设计还需要考虑安全性和稳定性。
在设计过程中，需要对电路进行合理的布局和防护措施，确保数字电能表的安全可靠。
此外，数字电能表还需要具备抗干扰和抗干扰能力，以保证测量结果的准确性。
基于单片机的数字电能表是一种能够准确测量电能消耗的仪表。
它具有测量、显示、存储和报警等功能，能够帮助用户合理安排用电，节约能源。
数字电能表的设计需要考虑安全性和稳定性，以确保其正常运行。
相信随着技术的不断发展，数字电能表将在未来的家庭和工业领域得到广泛应用。
基于单片机的家用智能电表设计
EXCHANGE OF EXPERIENCE 经验交流摘要：论文设计了一种基于单片机系统的家用智能电表。
该电表通过ADE7755芯片进行电能采样，时钟芯片DS1302进行计时，同时利用DS18B20数字温度传感器检测室内的温度，通过按钮查询电量。
液晶显示屏可将相关信息显示在屏幕上。
此外，还能够将本月实时用电量与电力部门阶梯电量进行比较，当用户电量超过相应的阶梯值时，系统报警，提示用户节约用电，用户可通过按键消除报警信息。
本系统对提高居民节电意识，实现节能减排具有重要意义。
关键词：电量；DS1302；节能智能电表是智能电网数据采集的基本设备之一，承担着原始电能数据采集、计量和传输的任务，是实现信息集成、分析优化和信息展现的基础。
它通常是由测量单元、数据处理单元等组成的仪表，具有电能计量、信息存储及处理、实时监测等功能。
国内使用的电能表多为单向交互，即通过有线或者无线的方式和电力系统交互，缺少与电力用户之间的交流，电力用户无法在本地获得自己的用电信息，无法查询每月即时的用电量。
如果家庭用户能够及时了解家庭的用电情况，就会使产生节电意识，从而使家庭每月电费开支下降，达到节能降耗的目的[1]。
因此，本文研究和设计具有与用户交互能力的智能电表系统，对提高居民节电意识，实现国家节能减排目标、推动城市现代化建设具有重要意义。
一、系统概述系统的结构框图如图1所示。
本系统的主要核心是单片机AT89C52，用按键模拟ADE7755的脉冲输出到单片机，此脉冲的个数可以用来计量电能，并使用存储器件AT24C02存储总用电量，月初电量以及月内实时用电量。
在时间计量上采用了时钟芯片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，年月日以及星期信息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。
基于单片机的数字电能表设计
学号：密级：本科毕业论文基于单片机的数字电能表设计院系名称：专业名称：电气工程及其自动化学生姓名：指导老师：郑重声明本人呈交的学位论文是由本人在导师的精心指导下，独立学习、研究、设计出来的成果，论文中的所有文字、数据、图片资料、表格真实可靠，都由本人亲自撰写。
据本人所知，论文中除文中已经注明引用的内容外，不包含他人享有著作权的内容。
对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体,都已经在文中以明确的方式标明.本学位论文的知识产权归属于培养单位.本人签名：日期：摘要随着电力需求的急骤上升,电能表作为计量电量的主要工具，设计出功能更多、准确度更高的电能表对于节约用电有极其重要的意义。
本文采用单片机作为主控芯片，该电能表具有精度高、准确等优点，有很好的实用开发价值。
数字电能表的诞生打破了传统电子测量仪器的模式和格局。
它显示清晰直观、读数准确，采用了先进的数显技术，大大地减少了因人为因素所造成的测量误差事件。
数字电能表是把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式,并加以显示的仪表。
数字电能表把电子技术、计算技术、自动化技术的成果与精密电测量技术密切的结合在一起，成为仪器、仪表领域中独立而完整的一个分支，数字电能表标志着电子仪器领域的一场革命，也开创了现代电子测量技术的先河。
本设计以单片机为开发平台，控制系统采用AT89C51单片机，A/D转换采用ADC0832。
系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便进行8路其它A/D转换量的测量、远程测量结果传送等扩展功能。
简易数字电能测量电路由A/D转换、数据处理、显示控制等组成。
关键词：数字电能表；AT89C51；硬件合成ABSTRACTWith the rapid rise in electricity demand, power meter as the main tool for measuring power， design functionality, accuracy for higher energy meter is of extremely important significance to conserve electricity. This article uses as the main control chip， the energy meter has the advantages of high accuracy, accuracy, and has great practical value. Digital meter, which breaks the traditional patterns and patterns of electronic measuring instruments. It shows the clear， accurate readings, using advanced digital technology， greatly reduced due to human factors measurement error caused by the event。
基于单片机的智能电表
基于单片机的智能电表摘要智能电表在传统电能表的基本功能上新增了自动化功能和智能化功能，智能电表内部带有功能较强的 MCU（微控制器单元），具备双向通信、双向计量和强大的控制功能。
本次设计的主要内容是以单片机为核心，具备双向多费率计量、用户控制、数据双向通信、防窃电功能等多种智能化功能的智能电表。
其是以微处理器或微控制器芯片(如单片机)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。
智能电能表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。
智能电能表是以微处理器或微控制器芯片(如单片机)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。
智能电能表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。
关键字：自动化功能、智能化功能、芯片AbstractSmart meters on the basic functions of the traditional energy meter new automation capabilities and intelligent features, smart meters with a more powerful internal MCU (microcontroller unit), with two-way communication, two-way metering and powerful control functions. The main content of the design of the microcontroller as the core, with two-way multi-rate measurements, the user control, two-way data communication, anti-tampering features a variety of intelligent features smart meters. The smart meter is microprocessor or microcontroller chip (SCM) as the core can store large amounts of measurement information and real-time analysis of the measurement results, and make a variety of instrument of judgment. Smart meter generally have simple measurement functions, powerful data processing capability, auto-zero and unit conversion function, simple fault tips, operator panel and display, alarm function.The smart meter is microprocessor or microcontroller chip (SCM) as the core can store large amounts of measurement information and real-time analysis of the measurement results, and make a variety of instrument of judgment. Smart meter generally have simple measurement functions, powerful data processing capability, auto-zero and unit conversion function, simple fault tips, operator panel and display, alarm function.Keyword：Automation functions, intelligent features, the chip第一章综述1.1电能表的发展史随着社会生活中工业、农业、商业以及居民生活的用电需求日益增长，人们对电能的交易日益频繁，电能表是衡量电能交易数额的计量器具，其技术性要求很高，既要求准确、更要求稳定，并保证长期可靠。
基于单片机的分时计费智能电表设计报告
目录1前言 (1)2总体方案设计 (2)2.1方案比较 (2)2.1.1方案一 (2)2.1.2方案二 (3)2.2方案比较及选择 (4)3单元模块设计 (5)3.1各单元模块功能介绍及电路设计 (5)3.1.1电源模块电路 (5)3.1.2计量模块电路 (5)3.1.3时钟及LCD显示模块 (6)3.1.4信号采集电路 (8)3.2电路参数的计算元器件的选择 (9)3.3特殊器件介绍 (9)3.3.1 ADE7758介绍 (9)3.3.2 STC89C52单片机介绍 (10)3.3.3DS12887时钟芯片介绍 (10)3.3.4LCD1602液晶显示屏介绍 (11)4软件设计 (13)4.1软件设计原理及设计 (13)4.2设计软件介绍 (13)4.2.1Proteus软件介绍 (14)4.2.2 KEIL 8051开发工具 (14)4.3软件结构图 (14)4.3.1电压电流采集子程序 (15)4.3.2 AD转换子程序 (16)5系统调试 (17)5.1单片机及1602显示部分 (17)5.2万用板电路部分调试 (18)6系统功能、指标参数 (19)6.1系统能实现的功能 (19)6.2系统指标参数分析 (19)7 结论 (20)8 总结与体会 (21)9 谢辞 (22)10 参考文献 (23)附录1（原理图、PCB、实物图）............................ 错误！未定义书签。
附录2（主程序）......................................... 错误！未定义书签。
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。
基于单片机的智能电能表的设计
第一章智能电能表概述1.1智能电能表的概念智能电能表是以微处理器或微控制器芯片(如单片机)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。
智能电能表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。
1.2智能电能表的典型结构从结构上来说，智能电能表是一个专用的微型计算机系统，它主要由硬件和软件两部分组成。
硬件部分主要包括信号的输入通道，微控制器或微控制器及其外围电路、标准通信接口、人机交换通道，输出通道。
输入通道和输出通道用来输入输出模拟量信号和数字量信号，它们通常由传感器元件、信号调理电路、A/D转换器、D/A转换器等组成。
微控制器及其外围电路用来存储程序、数据并进行一系列的运算和处理，通常包括程序存储器、数据存储器、输入输出接口电路等组成。
人机交换通道是人与仪器相互沟通的主要渠道，它主要由键盘、数码拨盘、打印机、显示器等组成。
标准通信接口电路用于实现仪器与计算机的联系，以使仪器可以接受计算机的程控指令，目前用于智能电能表的通信接口主要有GPIB、RS-232C 等。
智能电能表的软件部分主要包括监控程序和接口管理程序两部分。
其中监控程序面向仪器面板键盘和显示器，通过键盘操作输入并存储所设置的功能、操作方式与工作参数;通过控制工/0接口电路进行数据采集，对数据进行预定的设置;对数据存储器所记录的数据和状态进行各种处理;以数字、字符、图形等形式显示各种状态信息以及测量数据的处理结果。
接口管理程序主要面向通信接口，其内容是接受并分析来自通信接口总线的各种有关功能、操作方式与工作参数的程控操作码，并通过通信接口输出仪器的现行工作状态及测量数据的处理结果，以响应计算机的远控命令。
1.3智能电能表的主要特点与传统电能表相比，智能电能表具有以下几个主要特点:①测量精度高，可以利用微处理器执行指令的快速性和A/D转换的时间短等特点对被测量进行多次测量，然后求其平均值，就可以排除一些偶然的误差与干扰，还可以通过数字滤波，剔除粗大误差和随机误差的方法提高测量精度;②能够进行间接测量，智能电能表可以利用内含的微处理器通过测量几种容易测量的参数，间接地求出某种难以测量的参数;③能够自动校准，智能电能表在使用前进行自动校准，在测量过程中进行校准，从而减少误差;④具有自动修正误差的能力;⑤具有自诊断的能力，智能电能表若发生了故障，可以自检出来，仪器本身还能协助诊断发生故障的根源;⑥能够实现复杂的控制功能;⑦允许灵活地改变仪器的功能;⑧智能电能表一般都配有GPIB或RS232等接口，使智能电能表具有可程控操作的能力。
基于单片机的智能电表设计
基于单片机的智能电表设计发布时间：2023-03-23T02:58:46.032Z 来源：《中国科技信息》2023年第1期作者：樊延鹏[导读] 基于单片机的多功能智能电表的设计用STC89C51单片机作为主要控制核心，由以稳压器控制整个系统电压稳定的电源电路、电流互感器和电压互感器和电能计量芯片对被测数据的采集与计算、LCD12864进行相关要求的显示、时钟芯片、外部寄存器、蜂鸣器，矩阵键盘等共同组成。
樊延鹏哈尔滨剑桥学院 150060基于单片机的多功能智能电表的设计用STC89C51单片机作为主要控制核心，由以稳压器控制整个系统电压稳定的电源电路、电流互感器和电压互感器和电能计量芯片对被测数据的采集与计算、LCD12864进行相关要求的显示、时钟芯片、外部寄存器、蜂鸣器，矩阵键盘等共同组成。
具有对被测电能的实时采集与处理，并对超过上下限的电流与电压进行报警提示，拥有实时电能的显示，并具有存储电能的相关数据等功能。
一、总体方案设计1、电能测量计量模块在生活中，如果主控系统作为智能电表的心脏，电能测量计量可以说是智能电表的灵魂。
根据现今电表基本的电能计量的功能，本次设计也将对这一模块着重处理，本模块的设计将会影响测量计量的精度，效率。
因此在本模块的设计中，我们将采取外围电路过滤采集，芯片作为主要数据处理的方式进行设计。
2、外部扩展存储模块对于传统的普通用户电能表，只进行了单一得数据显示，基本不对过往数据进行存储，因此在本次设计中，我们改变传统的缺点，将每次的用电量记录保存起来，方便用户查看过往电能数据，为用户提供便利，这一模块设计我们可以直接将数据存储与89C51的EEPROM 中，或可以外部扩展存储器对数据进行存储。
3、外部时钟模块外部时钟模块的设计，主要的用途在于提供一个实时性，外部时钟的建立可以提供我们生活中的正常年月日时间，方便用户通过时间性了解电能数据情况，外部时钟的设计，在主控系统掉电后，其依然可以继续运行对时间的更新。
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目录1前言 (1)2总体方案设计 (2)2.1方案比较 (2)2.1.1方案一 (2)2.1.2方案二 (3)2.2方案比较及选择 (4)3单元模块设计 (5)3.1各单元模块功能介绍及电路设计 (5)3.1.1电源模块电路 (5)3.1.2计量模块电路 (5)3.1.3时钟及LCD显示模块 (6)3.1.4信号采集电路 (8)3.2电路参数的计算元器件的选择 (9)3.3特殊器件介绍 (9)3.3.1 AD7755介绍 (9)3.3.2 STC89C52单片机介绍 (10)3.3.3 DS1302时钟芯片介绍 (10)3.3.4 LCD1602液晶显示屏介绍 (11)4软件设计 (12)4.1软件设计原理及设计 (13)4.2设计软件介绍 (14)4.2.1Proteus软件介绍 (14)4.2.2 KEIL 8051开发工具 (14)4.3软件结构图 (14)4.3.1电压电流采集子程序 (15)4.3.2 AD转换子程序 (16)5系统调试 (17)5.1单片机及1602显示部分 (17)5.2万用板电路部分调试 (17)6系统功能、指标参数 (18)6.1系统能实现的功能 (19)7 结论 (20)8 总结与体会 (20)9 谢辞 (21)10 参考文献 (22)附录1 系统设计图（原理图、PCB、实物图）........................................................错误!未定义书签。
附录2 元件清单...........................................................................................................错误!未定义书签。
附录3 程序代码...........................................................................................................错误!未定义书签。
1前言随着我国经济的不断发展，各地对电能的需求也随之迅速增加，电力已经成为国家的最重要能源。
因此我们需要尽可能的节约用电。
但是，当前我国大多数地方对于用电的管理还比较落后，用电收费多年来一直采用先用电、后抄表、再付费的传统方式。
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。
加上现在很多电表不能分时计费，这样就进一步增加了电量的不合理消耗。
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AD7755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AD7755，再经过STC89C52处理，最终在键控的触发下，送到LCD1602显示。
此电表能实现用户所用功率的计算，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，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。
本设计的意义在于能够实现电表的分时段计费功能，这对我国在控制人们合理使用电量上具有深远的影响。
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。
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ϕCOSP=，U和I为电压和电流的有效值，ϕUICOS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，这里我们选用是STC89C52单片机，当信号采样后通过AD转换，送入微处理器，进行数据的分析和计算，智能电表的实现必须对用户的功率进行准确的计算，在信号采集模块中，通过电压互感器和电流互感器，对用户的电压和电流信号进行采集，微处理器进行功率和电费的计算，可通过LCD显示，并可以通过键盘对分时电价进行调整，实现显示的转换和调整，并运用单片机内部时钟设计计时系统，以实现分时的控制。
但是此设计有诸多缺陷，首先，在信号采集方面，由于智能电表对于功率的计算，如果单纯的使用单片机，会造成功率计算不准确，如果要提高计算的精度，对于信号的AD转换就必须采用高精度期间，成本费用增加，其次即便使用了高精度的AD，在功率计算，补偿方面的程序也相对繁琐，再则，由于使用分时计费系统，只用单片机内部时钟信号进行粗略的计时，产生的时间误差比较大，长时间的使用下会导致计时不准确，而使得电费的计算出现误差。
实现显示的切换。
方案一如图2.1所示图2.12.1.2方案二本方案的设计思路与方案一大致相同，选用STC89C52单片机，作为微处理器，通过电压传感器，电流传感器实现对用户的电压电流采集，并在单片机中进行电价的计算，与方案一的不同之处在于，方案二中功率计算部分和AD 转换采集部分被一块电能计量芯片AD7755进行代替，该芯片是以一款高准确度的三相电能采集芯片，适用于计量各种三相，单项配置条件下的有功，无功，视在电能，可省去高精度AD的费用的同时，也可以减少单片机内部处理功率的步骤，转由AD7755完成。
同时，由于该智能电表采用分时计费系统，方案二中采用一块时钟芯片以提高对于时间的计时准确程度，以确保该电表可以准确计费，同时，由于时钟芯片本身集成有微型电池，可以在断电的情况下继续运行，保证了在智能电表断电的同时，计时系统不至于停止工作。
在本方案中，由AD7755进行功率的计算并进行校准，在该芯片中，通过有功增益寄存器写入数据，可对输出产生的平均功率进行改变，该芯片中在每个相位集成了一个有功偏移寄存器，该寄存器为12位寄存器，用以对有功功率进行校准，由于实际电路的工作环境的复杂和多变，以及芯片本身制造工艺和各通道之间进行的干扰，都会造成误差的产生，有功功率寄存器的一个LSB相当于有功功率乘法器输出的LSB的1/16。
在满刻度输出时，如果乘法器的输出为XCCCCS （838861d），LPF2输出端的1个LSB相当于在电流通道满刻度－60dB计量误差的LPF2的平均数值为838.861 (838,861/1,000)。
LSB＝1/838.861/16×100% = 测量值的0.0075% 。
有功功率偏移寄存器修正分辨率为0.0075% （− 60 dB）。
方案二如图2.2所示图2.2另外AD7755的各相拥有一个空载阀值，如果有功功率的测量值低于满刻度的0.005%，则该值不会被累加，有效的避免了电表的浅动。
AD7755通过41个电能寄存器连续累加有功功率以实现对信号的积分作用，这种离散的累加作用就相当于连续时间的积分作用，平均有功功率的计算时，是有符号运算的，负电能将会在有功功率寄存器中被扣除。
当有功功率为正，且达到最大值时，有功功率的数值将反转到达满刻度的负值0X800，并继续增加，当有功功率为负值，且持续减小到达最小时，会自动转为正的对大刻度0X7FFF，并继续降低。
2.2方案比较及选择虽然两种方案都能实现本次设计。
但是在软件系统上，方案二与方案一的区别重点在对于AD7755和DS1302两块芯片的程序的书写，在硬件的搭建上降低了难度，但是在程序书写上难度有所增加。
而且方案二增加了时钟芯片，这样增加了STC89C52的精确度和灵敏度，增强了系统的实时性，时效性。
通过对以上两种方案的具体描述，对他们各自的优缺点有了一定的了解。
考虑到控制精度，操作习惯和美观以及成本等因素，要完成对于电费的准确计算，并综合本次课程设计成本进行考虑，最终选择了方案二为本次设计的最终设计方案。
本系统主要包括以下部分：电源模块电路、信号采集电路、计量模块电路、时钟及LCD 显示模块电路。
辅助元件有电阻、电容、晶振、电源、按键等。
先对各模块分别作具体介绍：3.1各单元模块功能介绍及电路设计3.1.1电源模块电路电源模块电路从电网220V 电压作为输入，通过该电路后，输出端输出大小为5V 的电压，作为单片机及其他芯片的VCC 电源，具体的电路图如图3.1所示：图3.1 电源模块接线图图3.1为电压模块的电路图，该模块以电网220交流电作为输入，通过整流桥整流后，再经过滤波，最后通过一块78L05稳压芯片进行稳压，得到一个稳定的5V 电源，78L05的输出电流可达到100mA ，无需外接元件，内部本身带有热过载保护，内部短路电流限制。
通过Proteus 软件仿真可以看到，通过该电源模块可以很好的工作，并最终得到一个稳定的5V 的电源。
然后此5V 的电压就可以供给STC89C52和时钟芯片DS1302。
3.1.2计量模块电路计量模块的核心是通过一块AD7755芯片来完成，通过信号采集电路，将变换后的电压电流信号输入到该芯片，AD7755是一款高准确度的三相电能计量芯片，带有两路脉冲输出功能和一个串行接口。
AD7755 集成了二阶Σ-D 模数转换器, 数字积分器，基准电路，温度传感器，以及所有进行有功，无功和视在电能计量以及有效值计量所需的信号处理元件。
图3.2 计量模块电路接线图图3.2为芯片AD7755的具体接线图，AD7755作为一款适用范围极广且功能强大的电能计量芯片在本次设计中担任了重要的角色，通过CF管脚直接与单片机连接，与单片机实现数据之间相互通信，从而实现功率的计算，其中CF管脚与单片机P3.5连接。
3.1.3时钟及LCD显示模块本次设计中，该电表要实现分时计费，既必须引入时钟系统，该时钟系统必须准确，且在电表短时间断电之内，不会停止工作，因此，该模块采用了一块时钟芯片DS1302，该芯片为一款使用很广泛的时钟芯片，具体电路图如图3.3所示：图3.3 DS1302接线图图3.3为时钟芯片DS1302的连线图，其中SCLK与单片机P1.2口连接，RST与单片机P1.3口连接，IO与单片机P1.2口连接。