基于FM3308单片机的单相智能表方案设计
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。
单相智能电能表设计
单相智能电能表设计近年来，智能电能表作为现代电力系统中的重要组成部分，逐渐受到人们的关注和重视。
单相智能电能表起到了电能计量和数据采集的作用，具备了遥程抄表、遥程控制、需量管理等功能。
本文将探讨单相智能电能表的设计原理和关键技术。
一、设计原理单相智能电能表的设计原理主要分为电能计量和通信采集两部分。
电能计量：智能电能表通过当前电流和电压的采样，经过一系列运算处理，得到有功功率、无功功率和视在功率等计量参数。
其中，有功功率通过乘积表算法得到，无功功率通过反相积分算法和功率因数得到，而视在功率则是有功功率和无功功率的矢量和。
通信采集：智能电能表通过内部集成的通信模块和遥程服务器进行数据传输。
通信模块可以选择有线通信或无线通信，有线通信主要包括RS485、Modbus等协议，无线通信则主要接受GPRS、NB-IoT等技术。
通过通信模块，智能电能表可以实现数据的遥程抄表、遥程控制、需量管理等功能。
二、关键技术1. 电流、电压采样技术：智能电能表需要对电流和电压进行采样，以得到准确的计量参数。
为了提高采样的精度，设计中常接受电流互感器和电压互感器，以降低对系统的干扰和安全隐患。
2. 运算处理技术：基于采样得到的电流、电压数据，通过一系列的运算处理，可以得到准确的有功功率、无功功率和视在功率等计量参数。
为了提高运算处理的速度和精度，可以接受DSP（Digital Signal Processor）等专用芯片进行计算。
3. 通信技术：通信模块是实现智能电能表遥程抄表、遥程控制、需量管理等功能的关键。
有线通信模块可选择RS485总线和Modbus协议进行数据传输，无线通信模块则可以选择GPRS、NB-IoT等技术进行数据传输。
通过通信模块，智能电能表可以与遥程服务器进行数据交互。
4. 数据安全技术：为了保证数据的安全性和防止黑客攻击，智能电能表需要在通信过程中加密数据、验证数据的完整性，并设置访问权限等措施，确保系统的稳定和可靠。
单相智能电表设计方案
单相智能电表设计方案首先，为了实现准确的电能计量，我们需要选用高精度的电能表芯。
这个芯片应该能够测量电流、电压和功率因数，并结合运算，实时计算出功率和电能的值。
我们可以选择一款集成度高、精度高、功耗低的芯片，比如TI的MSP430系列芯片。
此外，还应加入防止非法盗电的措施，例如使用高精度的电流互感器检测负载变化，当检测到异常的用电情况时，及时报警或停电。
其次，为了实现通信功能，我们可以选择无线通信和有线通信两种方式。
无线通信可以采用常见的蓝牙、Wi-Fi或NFC等协议，使得电表能够与用户的手机或电脑进行数据交互。
有线通信可以采用RS-485、以太网等方式，使得电表能够与电力公司的数据采集终端或用户的集中管理系统进行通信。
这样一来，电表就可以及时上传用电数据，电力公司或用户就可以远程实时监测用户的用电情况，并进行用电计费和管理。
另外，为了实现数据处理和显示功能，我们可以在电表内部集成一块处理器和显示屏。
处理器可以处理来自电表芯片的原始数据，并计算出有用的用电参数，比如电流、电压、功率、功率因数等。
它还可以将计算出的数据进行存储和处理，比如存储用电数据的历史记录、进行用电特征分析等。
显示屏可以显示当前的用电参数和历史数据，以及一些警告或提示信息，比如电量超标、功率过载等。
此外，还可以设计一个简单的操作界面，供用户设置一些用电限制或查询用电信息。
最后，为了提高电表的可靠性和安全性，我们可以在电表内加入一些保护设备和防护措施。
比如，可以加入过流保护、过压保护、欠压保护等电气保护设备，以防止因负载过大或电源波动而导致电表的损坏或误差。
此外，还可以加入密码锁、防篡改电路等防护措施，以阻止非法操作和数据篡改。
综上所述，单相智能电表的设计方案主要包括电能计量、通信、数据处理和显示等功能。
通过选择合适的芯片、通信方式、处理器和显示屏，加入保护装置和防护措施，可以设计出一款性能稳定、功能全面、安全可靠的单相智能电表。
基于单片机智能电子电能表设计
摘要该系统主要由显示模块、键盘模块、时钟模块、存储模块、通讯模块、CPU 模块、CS5460A电能表芯片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2mA/2mA的电流互感器和5A/2.5mA电流互感器和精密电阻实现对市电的转换，并采用RC滤波网络滤波,然后采用由美国CRYSTAL 公司的新型电能计量芯片CS5460芯片实现对电流、电压和电能的测量与转换；时钟模块采用DS1302时钟芯片为系统提供时钟基准，存储模块采用AT24C16，为系统提供数据存储；显示模块用OCMJ4X8CM液晶，通信模块采用Max232芯片，并利用AT89S52组成的CPU模块控制所有芯片的工作、测量、计算电能，送往显示模块和存储模块进行实时显示和存储，并通过标准232接口送往PC上位机进行同步显示，并且本电能表还设有GPIB 地址，以便于电能管理系统对电能的管理。
关键字：CS5460A；AT89S52；232通讯；OCMJ4X8CM；AbstractKeywords:CS5460A; A T89S52; 232communication;OCMJ4X8C；目录摘要 (I)ABSTRACT (I)第1章综述 (1)第2章总体方案设计 (2)2.1 设计要求 (2)2.2 系统的基本方案 (2)2.3 电能计量部分 (2)2.4 CS5460A概述 (3)2.5 其他模块部分 (5)第3章系统硬件设计与实现 (8)3.1 直流稳压电源的设计 (8)3.2 前端电路调理模块的设计 (8)3.3 电能表测量模块的设计 (9)3.4 通讯模块的设计 (10)3.6 液晶显示的设计 (11)第4章系统软件设计 (12)4.1主程序流程图 (12)4.2系统初始化子程序 (12)4.3 系统子程序模块 (12)第5章系统调试 (14)5.1软、硬件调试 (14)5.2功能测试 (15)5.3 系统整体电路图 (16)5.4 误差分析及改进措施 (18)总结 (18)参考文献 (19)致谢辞 (20)第1章综述1.1 电能表的发展概况作为测量电能的专用仪表电能表,自诞生至今已有100多年的历史。
毕业设计(论文)基于单片机的数字电能表设计
毕业设计（论文）题目名称：基于单片机的数字电能表设计就读学校：河南工学院专业：工业自动化学生姓名：指导教师：中原工学院继续教育学院2016年4月基于单片机的数字电能表设计The design of digital watt-hour meter based on single chip microcomputer就读学校：河南工学院专业：工业自动化学生姓名：指导教师：2016年4月摘要19世纪三四十年代，中国人民的照明途径还是主要由煤油灯为主，而在经济飞速发展的，科技产品日新月异的今天，电的应用已经深入中国人民的日常生活。
电灯、冰箱、空调等等，统统都与电有着密切的关系。
电在当今社会不可或缺，同样也涌现出了对电量的计量，从而出现了电能表这一计量仪表。
电能表的发展历程主要是由最初的单一费率电能表到如今的复费率电能表。
这与我国的多费率用电政策有关，旨在消峰镇谷，平衡用电。
同样，在现在科技飞速发展，各种电器，仪表都逐渐趋近于自动化、人性化和智能化。
而这些电气设备大都含单片机或者是CPU控制器。
在本次设计中将智能化技术融入电能表中，电能表作为重要的计量仪表，准确性、稳定性都是很重要的。
而数字电能表具有精度高、测量准确、读数直观、使用方便等优点。
本设计以AT89C51单片机为核心，以逐次比较型A/D转换器ADC0809、八段数码管为主体，构造了一款简易的数字电能表，能够实现同时测量8路0.00～5.00V的直流电压，最小分辨率为0.02V。
关键词：AT89C51；ADC0809；数字电能表；八段数码管ABSTRACTThirties and 19th century, the Chinese people's way of illumination is mainly composed of kerosene lamp is given priority to, and with the rapid economic development, science and technology products with each passing day today, the applications of electricity have the Chinese People's Daily life. Lights, refrigerator, air conditioner and so on, all has close relationship with electricity. Electricity is essential in today's society, and also emerged for the measurement of the power, thus appeared the watt-hour meter measuring instrument. The developing course of watt-hour meter is mainly composed of a single rate, initial watt-hour meter in today's complex rate watt-hour meter. This is associated with rate more electricity policy of our country, aimed at peak valley town, balance of power. Also, in what is now the rapid development of science and technology, all kinds of electrical appliances, instrument has gradually tend to be automated, humanization and intelligent. But most of these electrical equipment including microcontroller or CPU controller.We will integrate the intelligent watt-hour meter in the design of watt-hour meter as important measuring instrument, the accuracy, stability is very important. And digital watt-hour meter with high precision, measurement accuracy, reading the advantages of intuitive and easy to use. This design USES AT89C51 single-chip microcomputer as the core, to compare successive type A/D converter ADC0809, eight digital tube as the main body, constructed A simple digital watt-hour meter, can be achieved at the same time measuring 8 road from 0.00 V to 5.00 V dc voltage, minimum resolution of 0.02 V.Keywords: AT89C51；ADC0809；Digital watt-hour meter；Eight digital tube目录第1章绪论 (1)第2章总体方案选择 (2)2.1方案一：由数字电路及芯片构建。
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。
基于国网2013标准单相智能电表硬件设计
基于国网2013标准单相智能电表硬件设计作者：程正忠来源：《中小企业管理与科技·上旬刊》2017年第07期【摘要】作者根据2013年的新标准电表新规范进行设计，实现单相智能电表的硬件电路设计，通过产品型式试验，通过国家电网的各项测试。
【Abstract】According to the new standard of the new meter in 2013， the author designed the hardware circuit of the single-phase smart meter， passed the tests of the product type and passed the tests of State Grid.【关键词】智能电表；硬件；单片机【Keywords】smart meter； hardware； microcontroller【中图分类号】TM933.4 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）07-0189-021 单相智能电表原理组成1.1 单相智能电表组成单相费控智能电能表，采用当今最先进的电能表专用集成电路、微处理器、永久保存信息的不挥发性存贮器、宽温液晶显示等技术和SMT工艺设计、制造，是高精度、宽负载、高灵敏、低功耗。
本表具有红外、RS485接口，方便电力部门实现计算机网络管理。
并采用多种软件、硬件抗干扰措施，保证电表可靠运行，从而适应了电力部门对用户有效及时地现代化科学管理需求。
1.2 单相智能电表原理单相智能电表供计量额定频率为50/60Hz的单相电网中的交流有功电能，该表实现了正、反向有功、分时电能计量以及远传实时电压、火线电流、零线电流、有功功率、功率因数等。
电能表通讯规约符合DL/T645-2007及其备案文件要求。
远程管理控制功能利用低压电力线载波、RS485通讯可组成远程抄表、控制功能，可实现对表的远程抄读、设置、控制等管理。
基于FM3308和RN8209的单相智能电表
１ 设 计 要 求
（ Ｉ ） 采集 电能信号并处理 ； （ ２ ） 显示 电量 的使用和 电费情况 ； （ ３ ） 电 量使 用情况数据存储 ； （ ４ ） 电表数据 与电 网数据 中心 的传送 ； （ ５ ） 断电 的数据保持 ： （ ６ ） 电表欠费与缴费的通断 自动控制 。
智能电表是 以微 型计 算机为主体 ．融合 了计算机技术 和检测 技 术． 采用微处理器核心 ． 具 备计算机所具备 的数据存储与处理 等功能 的智能仪器 近年来 ． 随着智能电 网的快速发展 和建设 ， 智能 电表作为 高级测量体系重要的组成部分 ． 智能 电表的发展将对我国智能电网实 现信息化 、 自动化 、 规范化 、 多元化起 到重要 的支撑作用 ； 同时智能算 法 的引入为智能电表提供 了巨大 的发展契机 ． 与传统相 比不仅节省 了 大量 的人 力物力并大大提高了工作效率 ．使 电网 自动化成为可能 ， 实 现 电网的统一管理与 自动检测计量 号干扰 ． 均采用光 电耦合器隔离 。 电能信号采集模块采用 了 Ｒ Ｎ ８ ２ ０ ９ ， 该 芯片 ５ ｖ供 电， 工作 基本频 率为 ３ ． ５ ７ ９ ５ ４ ５ Ｍ ． 其脉 冲由数据处理模块提供 ．有功无功电能误差在 １ ５ ０ ０ ： １ 动态范 围内＜ ０ ． １ ％． 均满 足 Ｉ Ｅ Ｃ ６ ２ ０ ５ ３ — ２ ０ ０ ３ 标准要求 。电流采 样分两路 ． 分别采集火线 和零线 电流 。 火线 电流采样选用 ２ ０ ０ ￣ Ｉ Ｉ 的锰 铜片 ． 零线采样为通过电流互感器 。 数据处理模块采用的是 Ｆ Ｍ ３ ３ ０ ８ ，芯片内置硬件实时时钟和液 晶 驱动 电路 ． 具有 ８ 位Ｔ Ｕ Ｒ Ｂ Ｏ ５ １ Ｍ Ｃ Ｕ核 、 大容量程 序存储器 和 Ｒ Ａ Ｍ， 集成 Ｌ Ｃ Ｄ、 Ｕ Ａ Ｒ Ｔ Ｓ 、 ７ ８ １ ６ 协议栈 等多种 功能 ， 并在 内部集成各种接 口， 最大 限度地 简化外 围设计 ．在保证整 体设计功能满 足性能最优 的同 时． 降低系统成本 远程通信模块采 用的是 Ｒ Ｓ ４ ８ ５ 接Ｅ ｌ 和宏 电集团 Ｈ ７ ７ １ ０ Ｄ Ｔ Ｕ配合 使用 ４ ８ ５ 接Ｅ ｌ 相对 于 ２ ３ ２ 接口 具 有 良好的抗噪声干扰性 ． 长 的传 输 距离 和多站能力 ：无线传输工具 Ｄ Ｔ Ｕ可 以实现数据 的超远程无线 传 输． 克服 了以前数据的传输距离问题 宏 电集 团的 Ｄ Ｔ Ｕ与 ４ ８ ５ 的配合使用 ． 可 以将数据发送到 网络 ． 通 过已有的网络覆盖来进行数据远距离 的准确传输 ． Ｈ ７ ７ １ ０ Ｄ Ｔ Ｕ内部采 用Ｔ Ｃ Ｐ ／ Ｉ Ｐ 协议 ． 既可 以由数据 中心控制也可 以通过定 时的方 式发送 。 该Ｄ Ｔ Ｕ硬件组成部分 主要包括 Ｃ Ｐ Ｕ控制模块 、 无线通讯模块 以及 电 源模块 ． 在使用 的过 程中只需在 Ｄ Ｔ Ｕ内部插入一 张普通 的电话 卡然
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。
基于单片机控制的电子式单相智能电表设计
基于单片机控制的电子式单相智能电表设计随着现代智能电网技术的大力发展，智能电表作为智能电网的不可或缺的组成部分，也将迎来疾速发展。
将来，智能电表必将在全国大范围内安装。
因此对智能电表技术进行研究，将会有重大的现实意义。
传统电表测量精度不高，只显示用电总量，功能单一，并且人工抄表，十分繁琐。
研究智能电表是为了实现电表高精度测量，用电数据保护，简单的自动报警，远程抄表等功能。
其中远程抄表系统可以实现供电方和用电方的实时通信，不再需要人工抄表。
本此设计在对传统电表的弊端分析之后，提出了智能电表的设计方案，该设计主要由数据采样模块，电能计量模块，单片机控制模块，数据显示模块，数据存储模块，数据通信模块等组成。
其中，51单片机是智能电表的核心，外围其他所有的硬件都在它的控制下进行工作。
外围硬件电路采用模块化设计，数据采集模块的功能是把电网中不可直接测量的大电压、大电流转变为可以直接处理测量的小电压、小电流，然后通过电能计量芯片ADE7757，完成对电能计量。
显示模块的功能是为用户提供实时的电量信息。
存储模块、通信模块的功能是实现电量信息的及时存储和与上位机的交换。
目录引言 (3)1传统电能表 (3)1.1电能表的发展 (3)1.2 电能表的发展前景 (3)2 智能电能表 (4)2.1智能电表的概念 (4)2.2 智能电能表的典型结构 (4)2.3智能电表的主要特点 (4)3系统设计的基本思路和具体设计任务以及结构框图 (5)3.1系统设计的基本思路 (5)3.2具体设计任务 (5)3.3 系统结构框图 (5)4系统硬件电路设计 (6)4.1 计量芯片ADE7757 (6)4.1.1 ADE7757功能及特点概述 (6)4.1.2 ADE7757计量芯片的内部结构和各引脚功能 (7)4.1.3 ADE7757的原理特性 (8)4.1.4 ADE7757与单片机的接口 (8)4.2电能计量电路设计 (8)4.2.1电压采集通道设计 (9)4.2.2电流采集通道设计 (10)4.2.3计量芯片与单片机之间连线 (11)4.3单片机外围电路设计及器件选择 (11)4.3.1 单片机STC89C52概述、引脚配置及功能概述 (11)4.3.2 单片机控制电路最小系统 (13)4.3.3 LCD显示器模块设计 (14)4.3.3.1 LCD显示器工作原理简介 (14)4.3.3.2 芯片1602简介 (14)4.3.3.3 显示电路设计 (16)4.3.4 数据存储模块设计 (16)4.3.4.1芯片24C02简介 (16)4.3.4.2 存储模块电路设计图 (17)4.3.5时钟模块设计 (18)4.3.5.1 DS1302简介 (18)4.3.5.2 时钟电路设计 (19)4.3.6 通信模块设计 (19)4.3.6.1单片机串行通信基础 (19)4.3.6.2 RS232串行口标准简介 (20)4.3.6.3 MAX232简介 (20)4.3.6.4 接口电路设计 (21)4.3.7 电源模块设计 (21)5 系统软件程序流程图以及上位机设计 (23)5.1主程序设计框图 (23)5.2 功率计量流程图 (23)5.3 按键查询流程图 (25)5.4上位机设计 (25)6 总结 (26)附录 (27)1引言伴随我国经济的飞速发展，电力已经成为国家的不可或缺的能源。
基于FM3308单片机的单相智能表方案设计
基于FM3308单片机的单相智能表方案设计作者：刘国栋来源：《中国科技博览》2013年第11期[摘要]本文介绍了基于FM3308单片机的单相智能表的原理设计。
该单片机是集成MCU、时钟及液晶驱动为一体的单芯片设计方案，该单片机内置温度补偿电路，满足全温度范围内时钟精度的要求。
是国网新型智能单相电表。
[关键词]FM3308；单片机；智能表中图分类号：TM933.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）11-0317-012009年，国家电网公司提出建设统一坚强智能电网，旨在规划、制定、发布智能电网的相关标准及长远目标。
智能表是智能电网的基础。
它不仅向电力公司和消费者提供用电量和用电时间的相关信息，而且还会获取市场用电状况，帮助协调用电设备的运行并调整能耗。
如果不能广泛、深入地向每个家庭提供这种成功的高级计量技术和相关服务，就会拉大能量供给与需求之间的差距，从而削弱智能电网基础设施运转效率，使公众利益受到损害。
智能电能表系列标准对智能电能表进行了定义，提出以满足统一坚强智能电网建设的信息化、自动化、互动化要求为前提，以满足电力用户用电信息采集系统全覆盖、全采集、全预付费要求为基础，以“四化”要求为目标。
该标准在继承国际、国内现行标准通用要求的同时，在功能、型式、可靠性、工艺控制、误差一致性、电价切换、短时过电压、电流过载等方面提出了更严格的要求，充分体现了科学性与先进性的统一，基本满足国家电网公司统一坚强智能电网“信息化、自动化、互换化”要求。
单相智能表方案层出不穷，大部分设计思路是：计量芯片+单片机+时钟芯片+液晶驱动+485通讯。
此方案涉及元器件较多，原材料成本和加工成本相对较高。
FM3308单片机将智能电表所需的各种功能如MCU内核、液体驱动、实时时钟以及I2C、7816等各种接口都集成在芯片中，因此以FM3308为主控芯片的智能电表设计方案能充分利用芯片的硬件固有功能，最大限度地简化外围设计，在保证整体设计功能满足性能最优的同时，降低系统成本。
智能表时钟超差原因分析及可靠性设计探讨
智能表时钟超差原因分析及可靠性设计探讨作者：赵勇来源：《科学与财富》2018年第34期摘要：时钟准确性对于智能表至关重要，本文结合单相智能表的一种实现方案，主要从硬件方面分析了影响时钟准确性的主要因素，探讨了增强时钟可靠性的一些实用措施。
关键词：智能表；RTC；可靠性一、引言智能电能表的安装使用是智能电网建设的基础环节，时钟超差已成为智能表故障的首要原因。
本文主要从硬件设计方面，结合具体电表实现方案，分析了影响时钟准确性的主要因素，探讨了增强时钟可靠性的具体措施，对实际智能表的设计和生产具有一定参考意义。
二、影响时钟准确性的因素分析时钟超差分为偏差和跳变，其中跳变又可分为乱码、归零、飞走、迟滞、停走5种情况。
影响时钟准确性的因素主要有：晶振精度、Li/SOCl2电池电压滞后问题、I2C总线接口、噪声干扰问题4个方面。
下面结合一些典型元器件作具体分析。
1.晶振精度绝大部分RTC都需要从32.768kHz晶振中获取1Hz的时钟信号，影响晶振精度的环境因素有1.1温度温度是影响晶振精度最主要的因素，在整个温度范围内晶振精度呈抛物线型。
随着温度的上升/下降，晶振会产生几十PPM的频偏。
1.2老化不同工艺生产的晶振老化程度有所不同，具体可参见产品手册，如EPSON C-005R，第一年因老化引起的最大频偏为±3PPM。
1.3负载电容包括外接的负载电容和PCB寄生电容，负载电容是晶振厂商规定的参数，通常以pF为单位，匹配不当的负载电容可导致上百PPM的误差，2.Li/SOCl2电池电压滞后问题Li/SOCl2电池由于具有自放电率低、使用温度范围宽广、工作电压平稳、贮存时间长、能够连续供电电流小和短时脉冲电流等优点，作为RTC备用电池已在电能表中广泛使用。
但Li/SOCl2电池由于自身的特性，在长期未放电时容易在锂电极表面生成钝化膜从而引起电压滞后问题，在主电源掉电的瞬间，备用电池无法及时提供RTC所需的电压电流，导致RTC不能正常工作，内部计时寄存器数据丢失。
基于单片机的智能电表的毕业设计论文
成教学院毕业论文题目基于单片机的智能电表的毕业设计论文专业电气工程及其自动化（本科）姓名学号二O 年月日毕业论文评语姓名班级学号题目正文字数18166 字指导教师评语：评定成绩20 年月日指导教师基于单片机的智能电表设计摘要随着经济的快速发展，人们生活水平不断地提高，传统的电网已经不能满足现代社会的需求。
现在智能电网技术蓬勃发展，作为智能电网的一个重要组成部分，智能电表也得到很大发展。
在不久的将来，智能电表必将在全国范围内安装。
所以智能电表技术的研究具有重大的现实意义。
传统电表只能显示总体用电量，而且需要人工抄表，浪费了大量的人力物力。
智能电表的研究主要为了实现供需双方的实时通信，供方可以根据需求负荷调节电价，需方可以根据电价调节用电量。
最终达到削峰填谷，节约用电的效果。
本文针对电表现状，提出了基于单片机的智能电表的总体设计方案。
本文主要完成以下工作：提出了智能电表总体设计方案，设计了数据采集电路，运用Protel DXP软件绘制了原理图及生成了PCB板，焊制了数据采集电路板，运用Keil uVision2编写了程序。
经过调试，电路板能较准确地显示输入的电压、电流的有效值，他们的功率因数角以及实时功率。
关键词：智能电表，数据采集电路，PCB板，程序设计AbstractWith the rapid development of economy, people life level continuously improve, the traditional power grid already cannot satisfy the demand of modern society. Now, smart grid technology to flourish, as an important component of smart grid, smart meters also get great development. In the near future, smart meters will be installed on a national scale. So the smart meter technology research is of great practical significance.Traditional meters can only show the overall power consumption, but also need artificial meter reading, wasted a lot of manpower material resources. Smart meters research mainly in order to realize the real-time communication of supply and demand, the supplier can adjust the price according to demand load, the buyer can be regulated according to electricity power consumption. Ultimately reached peak cut and save electricity effect. The meter at present, and puts forward the overall design scheme of intelligent electric meter based on single chip microcomputer.This paper mainly completed the following work: proposed the overall design scheme of smart meter data acquisition circuit was designed, using Protel DXP software to draw the schematic diagram and generated the PCB, welded the data acquisition circuit, using the Keil uVision2. Write the program. After debugging, the circuit board can accurately show the input of the effective value of voltage, current, power factor Angle and power in real time.Keywords:data acquisition circuit, PCB board, the program design目录摘要 (I)Abstract ......................................................................................................... I I 目录.............................................................................................................. I II 前言. (1)1 智能电表的概述 (2)1.1 智能电表的定义 (2)1.2 智能电表的结构分类 (2)1.3 智能电表的工作原理 (3)2 智能电能表的设计方法 (5)2.1 智能电能表的硬件组成 (5)2.1.1 微处理器或微控制器 (6)2.1.2 传感器 (6)2.1.3 信号调理 (6)2.1.4 A/D转换器 (6)2.1.5 D/A转换器 (7)2.1.6 智能电能表的通信接口 (7)2.2 智能电能表的软件设计方法 (8)2.3 智能电能表的抗干扰方法 (10)3 智能电能表的硬件设计 (11)3.1 电能表概述 (11)3.2 电能表的总体方案设计 (11)3.3 电能表的控制芯片AT89C51 (13)3.3.1单片微控制器、微处理器 (13)3.3.2 AT89C51各主要引脚功能： (14)3.4 电能计量芯片 (15)3.4.1 CS5460A的性能 (16)3.4.2 CS5460A管脚说明 (16)3.4.3 CS5460A外围电路及供电电路设计 (18)3.4.4 微控制器AT89C51与CS5460A的接口 (18)3.4.5 电源模块 (19)3.4.6 电压电流采样模块 (20)3.5 显示模块 (20)3.5.1 八段数码管显示器 (21)3.5.2 数码管与AT89C51的接口 (22)3.6 按键组功能及与AT89C51总线口的连接 (22)3.7 SPI接口型EEPROM与AT89C51的接口 (23)3.7.1 X5045管脚分布 (23)3.7.2 X5045功能描述 (24)3.7.3 X5045硬件连接 (25)3.8 时钟模块 (26)3.8.1 DS13O2的引脚分布见图3.10。
基于单片机的智能电表
目录摘要 (i)Abstract (ii)1. 前言 (1)1.1 智能电表的概念 (1)1.2 智能电表的发展背景 (1)2 设计总体方案论证 (2)2.1 单片机的方案选择 (2)2.2 数字时钟方案 (3)2.3 电能检测方案 (4)2.4 显示电路的选择 (6)2.5 电源电路的选择 (7)2.6 基于单片机的智能电表的设计系统方案 (8)3 系统硬件设计 (10)3.1 单片机设计方案 (10)3.2 时钟日历芯片设计 (15)3.3 电能检测系统的设计 (17)3.4 LCD显示电路 (18)3.5 键盘控制系统的设计 (19)3.6 继电器电路 (20)3.7 电源电路 (20)4 系统软件设计 (21)4.1 Altium Designer 10软件 (21)4.2 编程软件 keil (21)4.2.1 主程序设计 (22)4.2.2 键盘扫描程序 (24)4.2.3 LCD1602显示子程序 (25)4.3 protues软件 (25)总结 (27)参考文献 (40)基于单片机的智能电表摘要电表显示人们每天使用的电量。
现在每个家庭安装的基本上都是带转盘的电表。
它只能显示总用电量。
如果你想检查前一个月的用电量，你只能按电费计算。
现在是一个信息时代，这种做法显然无法跟上社会趋势。
近年来，绿色经济和可持续发展是社会发展的主旋律。
在这一理念的推动下，智能电表将成为社会的发展趋势。
智能电表为传统电表增加了智能化，从而进一步提高了电网的效率，提高了电源的可靠性，提高了电能的质量。
科技改善电力家庭服务，从而更好地适应电力市场。
智能电网现已成为全球电力行业研究和讨论的热门话题。
智能电表是智能电网中最重要的环节，它支持电网的信息，自动化和交互的实现。
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。
本论文主要设计研究新型的智能电表电路，其主要特点是以STC89C52单片机为核心，实现电能的积算、数据的显示、控制电源的定时开启关闭，同时具有记忆电路，完成电表信号的读、写处理，监控电表工作的功能。
基于单片机的智能电表设计
基于单片机的智能电表设计苗彧智;王艳【摘要】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。
%The promotion and use of smart meter are of benefit to the people's livelihood. It has greatly improved the elec⁃tricity utilization conditions of rural residents,and improved the automation level of power distribution network. It is of great sig⁃nificance to reduce the electricity energy consumption. MCU 80C51 is taken as the core. Electric energy metering chip CS5460A,LCD display 1602,Wifi communication circuit and SD memory card are added to realize the electric energy metering and display,wireless communication,data storage and other functions. Users can select the buttons on the meter to show their electricity consumption at present or in any period.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】3页(P59-61)【关键词】智能电表;单片机;电能计量;无线通信【作者】苗彧智;王艳【作者单位】辽宁石油化工大学信息与控制工程学院，辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学信息与控制工程学院，辽宁抚顺 113001【正文语种】中文【中图分类】TN919-34;TM933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。
分析基于全功能单相智能电表的模块设计与实现
分析基于全功能单相智能电表的模块设计与实现邢俊伎【摘要】随着科技的快速发展及人们生活水平的不断提高,智能化技术也逐渐渗透到了人们生活的方方面面.而电能表作为人们用电时必不可少的计量工具,势必会朝着多功能、智能化的方向发展.目前,多功能智能电表的应用已是十分普遍,其具有功能齐全、操作方便、安全性高等诸多优势,能更好地为人们的生活所服务.本文现以全功能单相智能电表为视阈,对其主要模块的设计与实现展开分析,以供参考.【期刊名称】《科技与企业》【年(卷),期】2016(000)010【总页数】2页(P87,89)【关键词】全功能;单相智能电表;模块;设计【作者】邢俊伎【作者单位】亿缔迈国际贸易(上海)有限公司上海 200233【正文语种】中文电能表起源于直流电能表，后经历了感应式电能表、机电式电能表、电子式电能表这三个阶段的发展，现已步入智能电能表阶段。
智能电能表具有电能计量、防窃电、实时监测、信息交互、自动控制等功能，其有别于传统上只具电能计量的电子式电能表。
由于智能电能表功能复杂，且客户的需求又有差异，所以在智能电能表设计时需考虑产品平台化、功能模块化，从而减少重复性开发以及测试，提高研发效率，缩短新产品研发周期，使开发出的产品能适应不同的客户需求。
基于以上前提，分析基于全功能单相智能电表的模块设计与实现，是很有必要的。
本设计方案的智能电表系统由系统控制模块、计量处理模块、预付费模块、电量处理模块、需量处理模块、负荷曲线模块、事件处理模块、电源管理模块、键盘处理模块、时钟模块、通讯模块、显示模块、信号输入模块、信号输出模块以及报警处理模块等组成。
系统功能模块框架图见图1。
2.1 模块设计要求（1）功能模块能够灵活配置；（2）功能模块都有相应的入口与出口；（3）功能模块之间的访问需通过功能模块提供的接口函数来实现；（4）功能模块之间需保持独立性，功能模块的增减不影响电表正常运行。
2.2 模块基本功能功能模块能按照设计的要求实现相应的功能，并且具有相应的出错退出及告警机制。
基于单片机的智能电表设计
摘要智能电表在传统电能表地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地 MCU（微控制器单元），具备双向通信、双向计量和强大地控制功能.本次设计地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地智能电表.其是以微处理器或微控制器芯片(如单片机)为核心地可以存储大量地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地仪器.智能电能表一般具有自动测量功能，强大地数据处理能力，进行自动调零和单位换算功能，能进行简单地故障提示，具有操作面板和显示器，有简单地报警功能.智能电能表是以微处理器或微控制器芯片(如单片机)为核心地可以存储大量地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地仪器.智能电能表一般具有自动测量功能，强大地数据处理能力，进行自动调零和单位换算功能，能进行简单地故障提示，具有操作面板和显示器，有简单地报警功能.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电能表地发展史随着社会生活中工业、农业、商业以及居民生活地用电需求日益增长，人们对电能地交易日益频繁，电能表是衡量电能交易数额地计量器具，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.1880年美国人爱迪生利用电解原理制成了直流电能表(即安时计).自1885年交流电地发现和应用给电能表地发展提出了新地要求，交流电能表从此应运而生.意大利科学院地物理学家弗拉里斯(Ferraris) 在1888年提出用旋转磁场地原理来测量电能量，即在一个可转动地导体上作用两个同频率但空间和相位不同地交变磁场，导体就能旋转.由此，交流感应式电能表又称作弗拉里表.当时，在美国电工技术学校有位教师也利用同一原理制造出感应式电能表地模型.这些理论和模型都是交流电能表雏形地萌芽.1889年，匈牙利岗兹公司一位德国人布勒泰制作成总重量为36.5kg地世界上第一块感应式电能表.从此，感应式电能表在电能计量应用中占据了极其重要地位.这块感应式电能表地电压铁芯重6kg，由于它没有单独地电流铁芯，因此电压铁芯总地电抗就必需做得很大，体积也就很大了.为了减少尺寸和重量，人们开始研究把电压与电流磁路分开，采用了独立电流铁芯，从而大大缩小了其体积.另外，在解决内相角地问题上，还使用过人工线路和合成磁场地方法.到1890年以后出现了带电铁芯地电能表，然而转动元件仍是一铜杯，反作用力矩地产生是依靠交流电磁铁.直到十九世纪末期才逐步开始采用直流磁铁，降低了旋转速度，增加了力矩，采用浇铸零件，改进了计数机构，同时采用了一个圆盘代替了原来一个盘一个杯地转动元件，并且使用铝盘来代替铜盘.在二十世纪很长地一段时期内，感应式电能表发展方向主要是在缩小体积和改善工作性能方面.二十世纪初，感应式电能表就得到了飞速发展.1905年出现了增加非工作磁路改进90°地方法，使电能表地各项参数有了很大提高.而后，随着一些性能较好地高导磁材料地出现，大大地减轻了电能表地重量并缩小了其体积，每只表地质量降到了 1.5～2kg，而且降低了其功率消耗.从三十年代开始，电能表采用铬钢、铝镍合金代替原来地钨铜，并通过降低电能表转盘地转速来降低其损耗，同时改善了电能表地负荷特性.当时，国外地感应式电能表地过负荷能力达到600％以上，而且采用双宝石轴承和磁力轴承，使电能表寿命长达15～30年.感应式电能表地突出优点就是结构简单、操作安全、维修方便、造价低廉，但是它也存在地许多缺点，如：准确度低、适用频率窄、功能单一等等.至此，感应式电能表在电能计量中已经得到了广泛地应用.随着微电子高新技术和电子工业地高速发展以及用电负荷特性地不同，对电能计量精度提出了新地要求，电子式电能表越来越显示出其优越性.由于机械感应式电能表地驱动线圈地低频窄带电磁特性，即对于基波外地各次谐波功率信号难以转换成等比例地驱动力矩，因而造成感应式电能表对非线性负荷、冲击负荷地计量误差较大问题.机械感应式电能表地精度低、非线性负荷计量误差大和难以实现各种功能地诸多缺点，造成感应式电能表发展停滞不前.随着电能表拥有着容易实现多功能、高精度、便于自动抄表及具有先进通讯接口等诸多功能扩展需要，促使各种新型地电子式电能表迅速发展.即使一些机电一体式地特种电能表，例如：分时多费率（TOU）电能表、有脉冲输出地电能表、多路最大需量表、预付费电卡电能表和电力定量器，它们采用感应式电能表作基表，同时应用电子电路来实现新地功能.在二十世纪六十年代末，日本衫山桌先生发明了时分割乘法器并且提出了其功率测量原理，实现了全电子化电能计量装置，并由日本横河株式会社生产了2885型数字功率变换器，受到全世界地关注.在这个原理基础上我国研制出单相和三相电子式数字功率电能标准表.随着电子技术地进一步发展，模拟-数字转换技术和大规模集成电路地逐步完善，促使各种性能和各种功能地电子式电能表逐步成为电能计量地主力军，尤其是多功能电能表地智能化功能日趋完善.近年，在国外电子式电能表发展非常快，芬兰、瑞典、挪威等北欧各国以及法国、英国、德国、西班牙、比利时和意大利等西欧许多国家，其工商用户计费电能表已实现100%电子化.居民用户地计费电能表也正在逐步电子化过程中，如法国2001年起已停止购买安装感应式电能表；意大利在2005年已经将全部感应式电能表更新为自动抄表地电子式电能表；英国目前已有80%居民计费用表为电子式电能表.现在上海电网65%以上地居民使用了电子式电能表.在我国，电力生产对计划调度、经济调度要求愈来愈高.电力生产地特点是发、供、用电同时完成，因此，电能作为一种不可储存商品地流通使用过程中，对其准确计量有其特殊性.为调节负荷用电时段，以解决日渐突出地电力供求矛盾，在不增添设备，不扩大设备容量地前提下，主要通过两种方法来解决：一是通过行政手段，在用电高峰时限、拉电；二是通过经济手段，实行分时电价，即提高用电高峰时段电能地售价，降低用电低谷时段电能地售价.为此，电力部门广泛地使用有多个计度器能在不同费率时段内记录交流有功或无功电能地复费率电能表.2003年，国家在保持电价总水平基本稳定地前提下，大力推行峰谷分时计电价，鼓励用户合理移峰填谷用电.同时，要求完善两部制电价制度，扩大多功能表应用范围，为多费率和多功能电能表带来了广阔地应用空间.复费率多功能电能表地出现，目前正处于感应式机械电能表向电子式电能表地转变过程中，其基本上分为机械式、机电一体式及全电子式三种.其中，全新地全电子式复费率电能表则改变了传统地感应式电能表地外形，并具独特地多功能优势.自2000年开始，上海电网率先在国内推广应用复费率分时电能表，即实行居民电费分时记度——单相两费率电能表(黑白表)用地双步进电机控制驱动专用集成电路，用两个机械记度器分别显示白天和黑夜地用电量.当前电能表正向着全电子式、多功能、具有标准通讯接口以及远程抄控功能地方向发展.1.2智能电能表地典型结构从结构上来说，智能电能表是一个专用地微型计算机系统，它主要由硬件和软件两部分组成.硬件部分主要包括信号地输入通道，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、数据并进行一系列地运算和处理，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地主要渠道，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地联系，以使仪器可以接受计算机地程控指令，目前用于智能电能表地通信接口主要有GPIB、RS-232C等.智能电能表地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地功能、操作方式与工作参数。
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备 大多数 通用 定时／ 计时功 能外 ， 还具备 适用于 电表应用 的专 用功能 ， 以及 支持
直 流无 刷 电机 的输 出驱 动和 输入监 视功 能。 ３ 路 ＵＡ Ｒ Ｔ， 均支持 红外调 试输 出和 接 收信号 捕捉功 能 ， Ｉ ２ Ｃ 接 口， 方 便与 串行存储 器接 口。 串行 测试 接 口， 接 口时序 类 似Ｉ ２ ｃ 规范 ， 可用 于Ｆ Ｌ Ａ Ｓ Ｈ编程 、 芯片 测试 、 内部 程序在 线调试 等 ， ｌ ３ 通道 １ ２ －
科 学 论 坛
ｅ ｈｉ ｎａ ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ
Ｉ
基于 Ｆ Ｍ３ ３ ０ ８单 片 机 的 单相 智 能表方 案设 计
刘 国栋
（ 烟 台东 方威 思 顿 电气有 限 公司 ０ ７ １ ０ ０ ３ ）
转换 为两 路 １ ２ 生 右 的 电压 ， 一路 供 单片机 和 计量 芯片 ， 一 路供 ４ ８ ５ 通讯， 两 组
成 本和 加 工成本 相 对较高 。 Ｆ Ｍ３ ３ ０ ８ 单 片机将 智能 电表 所需 的各种 功能 如ＭＣ ｕ内核 、 液 体驱 动 、 实 时
时钟 以及Ｉ ２ Ｃ 、 ７ ８ １ ６ 等各种 接 口都集成 在 芯片 中 ， 因此 以Ｆ Ｍ３ ３ ０ ８ 为主 控芯 片的 智 能 电表设 计方 案 能 充分 利用芯 片 的硬件 固有功 能 ， 最 大 限度地 简 化外 围设 计， 在保 证整体 设计 功能满 足性能最 优 的同时 ， 降低系 统成本 。 不 仅能 降低成本 和 加快 面市 时 间 ， 更将 加速一 体 化智 能 电网 的建设 。
现了科 学性 与先 进性 的统一 ， 基 本 满足 国家 电网公 司统 一坚强 智 能电 网“ 信 息
化、 自动化 、 互换化 ” 要求。 单相 智能 表 方案层 出不 穷 ， 大部分 设计 思路 是 ： 计量
芯 片＋ 单 片机＋ 时钟 芯片＋ 液 晶驱动＋ ４ ８ ５ 通讯 。 此 方案涉 及元器 件 较多 ， 原材料
一
计 的电能通 过液 晶显示 出来 ， 还 可 以通： ￣４ ｔ ８ ５ 抄读 ， 用于 远程抄 表。 当停 电时 ， 单 片机 把 电能信 号存 于专用 的存储器 中保护 起来 ， 确保来 电后 能在 停 电前的基 础
上继 续累 计 电能 ， 达 到停 电不 丢 电能 的 目的。 电源 是采 用变压 器 ， 把２ ２ ０ Ｖ电压
［ 摘 要】 本 文 介绍 了基 ： ］ ： Ｆ Ｍ３ ３ ０ ８ 单 片机 的 单相 智 能表 的原 理设 计 。 该单 片机 是 集成 ＭＣ Ｕ、 时 钟 及液 晶驱 动 为一 体 的单芯 片 设计 方 案 ， 该 单片 机 内置 温度 补偿 电路 ， 满足 全温 度范 围 内时钟 精度 的要 求 。 是 国 网新型 智能 单相 电表 。 ［ 关键词］ Ｆ Ｍ３ ３ ０ ８ ； 单片 机 ； 智 能表 中 图分类 号 ： Ｔ Ｍ９ ３ ３ ． ４ 文 献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ９ — ９ １ ４ Ｘ （ ２ ０ １ ３ ） Ｉ ｌ 一 ０ ３ １ ７ —０ １
２ ０ ０ ９ 年， 国 家电 网公司提 出建 设统 一坚 强智 能 电网 ， 旨在规 划 、 制定 、 发布 智能 电 网的相 关标 准及 长远 目标 。 智能表 是 智能 电网 的基础 。 它 不仅 向 电力 公 司和 消费 者提供 用 电量和 用 电时间 的相 关信息 ， 而且还 会获 取市 场用 电状 况 ， 帮助 协调 用 电设 备 的运行 并调 整能耗 。 如果 不 能广泛 、 深 入地 向每 个家庭 提
Ｆ Ｉ Ｖ Ｂ３ ０ ８ 单片机在 整个 系统 中是 最关键 的元器 件 ， 所 有指 令均 由他 发 出， 根
据 单片机 引 脚的 功能 分配 不 同的任 务 。 单相表 主要 是利 用 电子 电路 来测量 电能 ， 用 分压 电阻测 量 电压 ， 利用锰 铜 片或 电流互 感器采 电流信 号 ， 利 用专 用的计量 芯片对 电压信号 电流 信号进行 模 拟或 数字 乘法 ， 并对 电能进行 累计 ， 然后 输出频率 与 电能成 正 比的脉冲 信号 ， 该 脉冲 信号 一路 用于 电表误 差检 验 ， 一路 送于 单片机 用 于电能 累计 。 单 片机把 累
供这 种成 功 的高 级计 量技 术 和相 关服 务 ， 就会 拉 能量 供 给 与需 求之 间的 差 距， 从而 削弱 智 能 电网基 础设施 运 转效率 ， 使公 众利 益受 到损 害 。 智 能 电能表 系列标 准对智 能 电能表 进行 了定义 ， 提 出以满足统 一坚强智 能 电网建 设的信 息化 、 自动 化、 互 动化要 求为前 提 ， 以满足 电力用 户用 电信息采 集 系统全 覆盖 、 全采集 、 全预付 费要 求为基 础 ， 以“ 四化” 要 求为 目标 。 该标 准在 继
承国 际 、 国 内现行标 准通 用要 求的 同时 ， 在 功能 、 型式、 可靠性 、 工艺控 制 、 误 差
一
Ｂ ｉ ｔ Ａ ＤＣ， 其 中ｌ 路接 温度 传感器 输 出 ， ２ 路检测 Ｌ Ｃ Ｄ电压 ， ８ 路接外 部模 拟输入 ，
２ 路 预 留通 道 ， ３ ２ ＫＨｚ 晶体 振荡 器停 振检测 功 能 ， 并具有 片上 温度传 感器 ， 可根
据 晶振 的温度 曲线调制 补偿 值 ， 可达 到在宽 温度 范 围内时钟 的精 度 。 内置 锁相
环， 产生 ＭＣ Ｕ主 时钟和外 围 时钟 ， ２ 个独立 的模拟 比较器 ， 可 灵活地 连接为 各种 输入 方 式 。 二． Ｆ Ｍ ３ ３ ０ ８ 簟 片机 在单 相衰 中 的设 计
致性 、 电价 切换 、 短 时过 电压 、 电流 过载 等方 面提 出了更严 格 的要 求 ， 充分 体