基于ADE7758的电力监测仪表的研究与实现
基于ADE7758的多功能电参数测量模块设计的开题报告
基于ADE7758的多功能电参数测量模块设计的开题报告一、研究背景与意义随着电气自动化技术的不断发展，电参数测量技术也日益成熟。
电参量（电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数等）是电力系统中重要的电信号参数之一，对于电力系统的正常运行和能源管理十分重要。
在电力系统中，对电器的电参量进行测量和监控，可实现对电量的控制、电器的保护等功能，在电气设备的性能评估和故障分析方面也发挥着关键作用。
基于此，开展多功能电参量测量模块的设计，可方便电气工程技术人员实时、准确地获取电参量数据，为电力系统运行和故障排除提供一定的参考依据。
二、研究目标本研究旨在设计一种基于ADE7758芯片的多功能电参量测量模块，通过该模块实现对电器的电参量数据进行准确、可靠地测量和监测，并可在多种通讯接口上实现数据的传输和存储，为电力系统及相关应用领域提供可靠的测量数据。
三、研究内容本研究计划实现以下内容：1.电参数测量原理的研究。
通过对电参量（电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数等）测量原理的分析和归纳，深入了解电参数测量技术的基本概念及运行原理。
2.ADE7758芯片的使用原理。
对ADE7758芯片内部的各种寄存器进行分析和学习，熟悉该芯片对电参量进行测量的工作原理及功能。
3.设计多功能电参数测量模块。
基于ADE7758芯片，设计多功能电参数测量模块，实现对电参量的实时、准确测量和监测，并可通过多种通讯接口进行数据传输和存储。
4.系统测试与评估。
对设计的多功能电参数测量模块进行系统测试和评估，验证模块的性能和可靠性。
四、研究方法与步骤1.文献资料查阅。
通过查阅相关文献，了解电参数测量技术的基本概念、电参量测量原理、电参量测量器件和测量方法等方面的基础知识。
2.ADE7758芯片使用原理学习。
通过对ADE7758芯片的使用说明文档的阅读和参考，分析该芯片的内部寄存器、接口特性等，熟练掌握该芯片的使用方式。
基于ADE7758三相多功能电表的设计(精)
基于ADE7758三相多功能电表的设计蔡泽彬，邓磊（空军雷达学院基础部，武汉430019）摘要：针对采用ADE7755作为电能计量芯片而设计的电表存在着功能简单和精度低等缺点，提出了一种新型数字式三相多功能电表的设计方案．该方案采用ADE7758芯片和PIC16C76芯片进行设计，电表不仅能计量多种电能参数以满足不同的实际需求，而且可对ADE7758片内寄存器的参数进行微调，使其达到很高的计量精度．关键词：三相多功能电表；电能计量；中断程序中图分类号：TN79文献标识码：A目前已生产的计量三相三线和三相四线电能的电表，一般采用3片ADE7755芯片分别对每一相线的有功电能进行单独计量，再叠加得到三相总有功电能的设计方案，这种方案不仅电能计量电路在电路板上所占空间大、线路密集，造成电表抗干扰能力差，成本较高，而且电能计量芯片的参数不可调等局限使得电表计量精度较低．美国AnalogDevices公司2005年新推出了专门用于计量三相电量多功能的ADE7758芯片，该芯片不仅能计量各相的有功、无功、视在功和电流、电压等各种参数，可对芯片内的工作模式寄存器进行不同设置，适用于三相三线和三相四线电网的工作环境，还可对芯片的增益和偏移寄存器中参数进行微调，提高电表的计量精度．美国Microchip公司生产的PIC16C76芯片主要执行单周期指令，运行速度快，且抗干扰能力强．采用PIC16C76作为整个电路系统的控制芯片，采用ADE7758作为三相电能的计量芯片，设计出的三相多功能电表在很大的量程内误差都能控制在±0.2%之内，达到1.0级电表的精度要求．作，采用三相供电的方式．每一相交流电压经过一个专用的BT104型号变压器，可提供两组+12V和一组+9V的交流低电压，两组+12V输出线圈间的最大隔离电压为2400V，其中一组+12V输出线圈与+9V输出线圈间的最大隔离电压为2400V，但另一组+12V输出线圈与+9V输出线圈间的最大隔离电压只有1200V．由于在实际使用过程中RS485接口电路与电表内部电路间的静电电势差可能相当大，同时为了在三相都掉电后有几十毫秒的供电时间使PIC单片机仍能正常工作进行电量数据保存处理，所以第1组+12V电源供RS485接口电路使用，第2组+12V电源供中央控制和红外通讯电路使用，第3组+9V电源供电能计量电路使用．IAIBICµçÁ÷²ÉÑùµçѹ²ÉÑù+9V+12V+12VUAUBUC1电表的硬件设计电表电路主要分为2大部分，第一部分电路主要采用ADE7758芯片对三相电能进行计量，第二部分电路由PIC16C76单片机执行程序实现电表各种功能．电表的原理框图如图1所示．图1DTS(X)150型三相多功能电表原理框图1.2电能计量电路由3个精密电流互感器提供每相的电流信号．对于不同规格的电表，采用了不同电流变换比例1.1供电电路为了确保在缺相供电情况下能够继续正常工收稿日期：2007-03-27；修订日期：2007-04-13作者简介：蔡泽彬(1976184空军雷达学院学报2007年的互感器，由3路电阻网络分压得到每相的电压信号．将电流信号和电压信号接入电能计量芯片ADE7758，由ADE7758将电流信号和电压信号先进行采样、A/D（模/数）转化和相位校准，再将电流和电压进行计算，得到每相的有功、无功和视在功3种电能，并将3种电能累加到ADE7758对应的寄存器中，同时输出有功脉冲和无功（或视在功）脉冲．为了避免外界电网通过电能计量电路对中央控制电路的干扰，电能计量电路与中央控制电路在电路印制板上最少需要6cm 的隔离间距，电路间的数据传输通过高速光耦实现．1.3中央控制电路中央控制电路由单片机PIC16C76构成，控制整个电表的正常运作：监控ADE7758的工作状态，从ADE7758寄存器中读取每相的有功、无功、视在功电能和电流、电压值，输出到数码管显示，保存数据到E2PROM中以防止停电时数据丢失，实现对键盘操作的响应，以及处理与红外手掌机或者远程计算机的数据通讯等．当RS485接口电路连接远程计算机时，为了避免由于外部连接线路与内部线路间存在巨大电势差从而将内部器件击穿，以及防止外部线路对电表内部电路正常信号的干扰，在硬件设计上RS485接口电路与中央控制电路之间也采用了光电隔离方式．2电表的软件设计在电表的软件程序中分为主程序和中断程序2大部分．主程序用于实现电表的每一项功能，中断程序用于暂停主程序的运行，发送显示代码给数码管，同时检测电能脉冲、键盘操作和数据通讯事件是否发生．假如有事件产生则将对应的标志位置1，退出中断程序后继续执行主程序，主程序则根据标志位来确定是否需要调用相应的处理子程序．由于PIC16C76仅有8级硬件堆栈和程序跨越4个分区的特殊性，所以在编写程序时需要注意程序中嵌套子程序的层次和调用的子程序是否跨区，否则会出现程序跑飞或者芯片自动复位的现象．2.1主程序的设计在主程序中按实现的功能可分为9个模块．第1个模块实现上电后对电表的初始化和设置．先对单片机的工作模式进行设置，再从E2PROM中读取ADE7758的工作参数，写入ADE7758使其能正确计量电能；从E2PROM中读取所有历史电能存放到单片机内部寄存器中；从E2PROM 中读取表号和密码等通讯参数，使得能与外部主机进行正确的数据通讯．第2个模块对电压值进行检测判断，当连续3次检测到的电压都低于程序设定值时，则调用子程序保存所有电能，防止电路数据的丢失．第3个模块对总有功脉冲和总无功脉冲进行计数得到总有功和总无功电能．第4个模块负责更新显示缓冲区的内容，把单片机内部寄存器中的电能由十六进制转换为十进制，再转换为LED显示代码存放到显示缓冲区中．第5个模块实现与外部通讯的功能，分为发送数据和接收数据2个子程序．第6个模块对键盘操作进行响应，通过键盘操作可对ADE7758电能计量相关的参数进行微调，使电表的电能计量误差控制在很小的范围内．第7个模块从ADE7758寄存器中读取A、B、C三相的有功、无功和视在功，再乘以不同的系数（不同规格的电表系数不同）后，然后累加到单片机的内部电能寄存器中．第8个模块分别计算有功、无功和视在功的总功率，以及计算总功率的因数．第9个模块从ADE7758寄存器中读取电压、电流、温度和频率值．执行完后直接跳转到第2个程序模块的入口，开始了新一轮的循环．主程序流程如图2所示．初始化掉电检测脉冲累加总功更新显示内容通讯处理键盘处理读取各相电能计算总功率读取电流和电压图2主程序流程2.2中断程序的设计中断程序中采用了2ms周期定时触发查询事件处理的方法．设定时器T1时间为2ms，则每隔2ms产生一次中断，在2ms内由主程序查询并处理需处理的事件．当中断时进入中断程序检测事件是否发生，对于发生的事件就在相应的标志位上置1，中断程序返回后，进入主程序根据标志位来判断是否需要对该事件进行处理，处理完后对相应的标志位清零．在中断程序中分为输出显示、检测脉冲、判断第3期蔡泽彬，等：基于ADE7758三相多功能电表的设计185键盘操作、处理红外通讯和设置定时器5部分．在中断入口先保护中断现场，特别需要注意保护现场的顺序．第1部分将显示缓冲区中数据转移到SSPBUF寄存器中，通过SPI接口将数据发送出去．第2部分检测总有功脉冲和总无功脉冲，为了防止由于干扰引起的误判，连续4次检测到低电平才认为该脉冲有效，同时置标志位由主程序的脉冲累加总功模块进行处理．第3部分判断显示端口（跟键盘复用I/O）是否有键盘操作，当检测到低电平时表示有键盘的操作，置相应的标志位在主程序中进行处理．为了节省片内寄存器的资源，数据通讯和键盘操作使用相同的缓冲区，所以在通讯时对键盘的操作无效，确保了缓冲区内的数据不冲突．第4部分调用通讯处理子程序中包括发送和接收两个子程序，主要负责对数据包中每个字节的发送和接收．第5部分将所有定时变量加1，并设置定时器T1下次中断的时间，最后恢复中断现场后中断返回．中断程序流程如图3所示．中断进入保护现场发送显示缓冲区数据数写入ADE7758片内工作寄存器中，例如根据电表的规格和脉冲常数确定ADE7758片内APCFDEN和VARCFDEN寄存器的值，才能使ADE7758输出的有功脉冲和无功脉冲符合设计要求．由于不同规格的电表在硬件上选用了不同规格的电流互感器，从ADE7758电流寄存器读取的数据代表着不同比例的电流，而不是电路中实际的电流，所以在程序设计中，从ADE7758读取的数据必须乘以对应的电流系数后，才能得到电路中电流的实际数值．同样从ADE7758的有功、无功和视在功寄存器中读取的数据也代表着不同比例的电能，而不是实际所用的电能，所以从ADE7758读取的数据也需要乘以不同规格电表所对应的电能系数，才能等于用户实际所用的电能．不同规格电表的参数设置如表1所示．表1不同规格电表的参数设置电表规格匹配脉冲电阻常数/是否正在通讯？检测键盘操作Y¶¨Ê±±äÁ¿¼Ó1中断返回图3中断程序流程3不同规格电表的设计在实际使用中需要有不同量程的电流满足各种用电需求，这就要在原来的基础上设计出不同规格的电表，同时为了便于生产，不同规格的电表要求使用同一个程序，并且在硬件上做最少改动．不同规格的电表在硬件上选用了不同变换比的电流互感器和对应的匹配电阻．在软件的初始化程序中增加了读取跳线状态来识别电表规格的子程序．对于不同规格的电表必须选择不同的参(下转第189页)第3期汪波，等：PWM整流器的电压模糊-PI控制研究189 ResearchonFuzzy-PIControlofVoltageLoopinPWMRectifierWANGBo1,ZHONGYan-ping2，CHENGYao-jun2(1.DepartmentofGraduateManagement,AFRA,Wuhan430019,China；2.DepartmentofElectronicCountermeasures,AFRA,Wuhan430019,China)Abstract：Inthedoubleclosed-loopcontrolforPWMrectifierinthed-qsynchronouscoordinate,thevoltageloopiscommonlycontrolledbyusingthelinearPI,which ,however,can’treflectessentialnonlinearityoftherectifierandthereforerestrictthecontrolper formanceofthesystem.Amethodofusingfuzzy-PIstrategytocontrolvoltageloopwaspresented,bywhichthedynamicresponsecharacteristic ofoutputvoltagewasimproved.Simulationresultsverifythismethodtobefeasible. Keywords：PWMrectifier；fuzzycontrol；nonlinearityofvoltage；PIcontrol（上接第167页）ExtractionofModulationFeaturesofFSKSignalBasedonTime-frequencyJointAnalysisCHENChang-xiao1,HEMing-hao2,ZHOUMing3，GAOFeng4（1.DepartmentofGraduateManagement,AFRA,Wuhan430019,China；2.DivisionofTraining,AFRA,Wuhan430019,China；3.DepartmentofElectronicCountermeasures,AFRA,Wuhan430019,China；4.94362UnitofthePLA,Xintai271000,China)Abstract：AimedattheshortcomingsthattheSNRofwavelet-ridgeappliedtoextractingthemodulationfeaturesofFSKsignalsisworse,anoveljointtime-frequencyanalyticalmethodwasproposedcombiningtime-frequencyreassignmentwithtime-frequencyridgebasedonthewaveletspectrum.Bymeansoftime-frequencyreassignmentinimprovingthetime-frequencyagglomerationofspectrum,themethodenhancestheSNRperformancegreatly.The simulationresultsshowthatthemoreaccurateestimatescanbeobtainedunderthecircumstance oflowSNR.Keywords：FSKsignal；modulationfeatures；time-frequencyreassignment；waveletspectrum；ridge(上接第185页)DesignofThree-phaseMulti-functionalElectricMeterWithADE7758CAIZe-bin,DENGLei(DepartmentoftheBasics,AFRA,Wuhan430019,China)Abstract：InviewoftheshortcomingsthatthemeterinwhichtheADE7755isemployedasthechipofmeas uringelectricenergyisofsimplefunctionandloweraccuracy,anewdesignschemeofthedigital three-phasemulti-functionalelectricmeterwasproposed.InthisschemethechipsADE7758andPIC16C76areusedtoobtainthenewmetersthatcannotonlymeasuremultipleelectricenergyparameterstomeet variousdemands,butalsotrimmingtheparametersofregisterin-chiptoachievethehighmeasuringaccuracy.Keywords：three-phasemulti-functionalmeter；electric-measuringenergymeasuring；interruptionprogram。
基于ADE7758计量芯片的多功能电能测量表设计
１ 系统结构设计
电表由测量、 显示、 控制、 接口和电源等部分组成如 图 １ 所示。 其中测量部分由精密小型互感器 （输入： ０～ ６００Ｖ， ０～５Ａ) 以 及 前 置 信 号 处 理 电 路 构 成 ， 从 中 获 取 电 压、 电流、 频率、 相位等多种实时数据， 显示部分采用高 品质的液晶显示模块， 控制部分以单片机为核心。
ＩＣ ｗｉｔｈ Ｐｅｒ Ｐｈａｓｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ［ Ｚ］ ． ＡＮＡＬＯＧ ＤＥＶＩＣＥＳ，
２００３．
第 一 作 者 简 介 ： 王 智 慧 ， 男 ， １９８２ 年 生 ， 内 蒙 古 人 ， 硕 士 研 究
生。 研究领域： 机械电子工程。
(编辑：吴智恒)
33
Abstracts
09-01-13 The Design of Intelligent Self-tracking Robot Based on AT89S52 ZHANG Tuo, Dai Ya-wen(Wuhan University of Technology,
ｖｏｉｄ ｗｒｉｔｅ＿ｄａｔｅ （ｕｃｈａｒ ｄａｔｅ）
／ ／ 写 ８ 位数据
邀ｕｃｈａｒ ｍ；
ＣＳ＝０；
ｆｏｒ （ｍ＝８； ｍ＞０； ｍ－－）
邀ＳＣＬＫ＝１；
ＤＩＮ＝ｄａｔｅ＆０ｘ８０；
ｄａｔｅ＜＜＝１；
ＳＣＬＫ＝０；妖
ＣＳ＝１；妖
４ 结论
本文对多功能电能测量表进行了详细的总体设计， 基
于 ＡＤＥ７７５８ 的 多 功 能 电 能 测 量 表 可 靠 地 设 计 了 数 据 采 集
３ 软件设计
基于ADE7758设计多功能电能测量表
一
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薪 胞一骼一￡；一；莠 ３３ｎｆｌ－Ｔ
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图２数据采极端接口电路
万Ｉ＿方ｉ《数电据子技术》２。。５／５
ＡＤＥ７７５８提供系统的校正 功能如有效值偏移的校正、相 位和功率的校正等。引脚ＡＰＣＦ 的逻辑输出给出了有功功率的 信息，引脚ＶＡＲＣＦ的输出提供 了瞬时复功率和视在功率的信 息。ＡＤＥ７７５８具有一个波形取 样寄存器，其值来自于ＡＤＣ的 输出。波形采样部分集成有一 个用于短时持续低电平或高电 平的监测电路，门槛电平和持 续时间是由用户编程来决定的。 三相中的任一相过零监测是同 步进行的．过零监测的结果可 用于测量三路电压输入中任一 路的周期。
接口电路设计
数据采集端接口电路设计 电流通道由三对差分电压
输入，三对输入分别代表Ａ、Ｂ、 Ｃ三相。现以ＩＡＰ项为例，如图２ 所示，其他电流输入与它相同。
电流信号来自电流互感器 ＣＴｌ，由Ｒ１、Ｒ７、Ｃ１构成的ＲＣ 电路用来补偿相序．此ＲＣ电路
基于ADE7758三相多功能电表的设计
组＋ Ｖ的交 流 低 电压 ， ９ 两组 ＋ ２ １Ｖ输 出线 圈 间 的 最 大隔离 电压 为 ２０ Ｖ， 中一 组＋ ２ ４０ 其 １Ｖ输 出线 圈 与＋ ｖ输 出线 圈 间的最 大隔离 电压为 ２ ０ Ｖ， 另 ９ ４０ 但
计 量 精度 ． 关 键 词 ： 相 多功 能 电表 ； 三 电能 计 量 ； 中断程 序 中 图分 类号 ：Ｎ７ Ｔ ９ 文献 标 识 码 ： Ａ
目前 已生 产 的计 量三 相三 线 和三 相 四线 电能
作， 采用 三相 供 电的方 式． 每一 相交 流 电压经过 一
个 专 用 的 Ｂ １４型号 变压 器 ， 提供 两 组＋ ２ Ｔ０ 可 １Ｖ和
维普资讯
第２ 卷 第３ １ 期 ２ ０ 年 ９月 ０７
文 章 编 号 ：１７—６ １２０ ）３０ ８—３ ６ ３８９ （０ ７ —１３０ ０
空 军 雷 达 学 院 学 报
Ｊ ｕ ａ ｆＡｉ ｒ ｅＲａ ａ ａ ｅ ｏｒ ｌ ｎ ｏ ｒＦｏ ｃ ｄ ｒＡｃ ｄ ｍｙ
１ 供 电电路 ． １
ห้องสมุดไป่ตู้
誉 ＋ 电 Ｉｌ ２ Ｉ Ｖ
电ｌ ＋２ Ｉ Ｖ
图 １ Ｄ Ｓｘ １０型三相 多功 能 电表原 理 框 图 Ｔ （）５
１ 电能计量 电路 ． ２
由３ 个精 密 电流互感 器提 供每相 的 电流 信号 ．
对 于不 同规格 的 电表 ， 用 了不 同电流 变换 比例 采
一
的电表 ， 一般 采用 ３片ＡＤ ７ ５ Ｅ ７５芯片 分 别对 每一 相 线 的有 功 电能 进行 单 独计 量 ， 叠加 得 到三 相 再 总有 功 电能 的设 计方 案 ， 种 方案 不仅 电能计 量 这 电路 在 电路 板上 所 占空 间大 、 线路 密集 ， 成 电表 造 抗 干 扰能力 差 ， 成本 较 高 ， 而且 电能 计量芯 片 的参 数 不 可 调 等 局 限使 得 电 表 计 量 精 度 较 低 ．美 国 Ａ ａｏ ｅｉｅ ｎ ｌ Ｄ ｖｃｓ公 司 ２ ０ 年 新 推 出 了专 门用 于计 ｇ ０５
基于ADE7758的电量监测系统设计
文章编号:1004-289X(2009)06-0041-03基于ADE7758的电量监测系统设计罗丹羽,张丽娟(郑州电力高等专科学校,河南 郑州 450004)摘 要:介绍了ADE7758的主要特点和工作原理,提出了基于ADE7758和ST C89C51RC/RD+的电量监测系统硬件和软件设计方案。
本系统采集数据丰富、工作稳定可靠、测量精度高。
关键词:ADE7758;监测系统;SP I通讯中图分类号:T M930 文献标识码:BD esi gn of M on itor i n g System Electr i c ity Quan tity Ba sed on AD E7758LUO D an2yu,ZHAN G L i2j uan(Zhengzhou Electric Power College,Zhengzhou450004,China)Abstract:The paper intr oduces the characteristic and work p rinci p les of ADE7758,advances the hardware and s oft w are design of monit oring syste m based on ADE7758and ST C89C51RC/RD+.This syste m can collect p lentiful data inf or ma2 ti on,work is stable and reliable and has high accuracy.Key words:ADE7758;monit oring syste m;SP I communicati on1 引言随着近现代工业,特别是现代电力电子、微电子、计算机等技术的飞速发展,用户对供电性能的要求越来越高。
因此,对电力系统正常运行及其事故状况下的监测,显得越来越重要。
基于ADE7758的复费率三相电能表设计
基于ADE7758的复费率三相电能表设计牛广文【摘要】设计了基于电能计量芯片ADE7758和单片机PIC16F877为核心的复费率三相电能表,实现了复费率电能计量、记录、自动抄表等功能.对具体的电压电流采样电路、计量电路、时钟电路、RS-485和红外通信电路等进行设计,并给出了系统软件流程图.设计的电能表硬件电路简单,抗干扰能力强,不同的通信接口方便用户使用,具有一定的应用价值.%A three-phase multi-rate electric power meter based on energy measurement chip ADE7758 and PIC16F877 single chip was developed. The meter realizes multi-rate electric power measurement, register and automatic metering. The measuring circuit of voltage and current,calendar and clock circuit, RS - 485 interface and infrared communication circuit was designed. And system software flow diagram was given. Hardware design of the meter circuit is simple,anti-interference ability,different communication interface user-friendly,has a certain value.【期刊名称】《工业仪表与自动化装置》【年(卷),期】2012(000)003【总页数】3页(P105-107)【关键词】复费率;三相电能表;PIC16F877单片机;ADE7758【作者】牛广文【作者单位】兰州工业学院电气工程系,兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TP368.10 引言我国许多电网在负荷高峰时，经常拉闸限电，而在负荷低谷时则浪费严重，导致水电厂大量弃水，火电厂长时间低负荷运行，使发、供电设备的容量不能充分利用，运行不经济。
基于ADE7758的智能电力监测仪的设计
摘要随着经济的发展，电力设备用户不断增加，有些感性负荷的流入就会在不同程度上污染电网，影响供电质量，如果供电质量过差，有可能引起用电设备故障和生产事故。
故随时监测电网参数，并采取相应的防护措施成为一种必然。
本设计就是基于专用三相电度计量芯片ADE7758的智能型电力监测仪，它是一种多功能的电力仪表，是电力自动化系统中重要的组成部分，对于实现电网安全、高效和经济的运行有十分重要的意义。
本设计采用的ADE7758是高精度三相电能测量专用芯片，它集成了ADC、数字积分器、参考电路、温度传感器以及电能测量和有效值计算的数字处理模块。
本设计所研制的智能电力监测仪以8位的51单片机为核心，集测量、控制、保护和通信于一体，采用ADE7758取代了采样硬件电路，相比传统的设计方法来说，这不仅大大化简了外围电路，降低了成本，还有效地提高了设备的精度和可靠性。
此外，采取RS485通信方式，使仪表能够方便的与上位机进行数据交换，更有利于电力系统的自动化。
本文简述了电力监测仪的发展现状，说明了智能仪表开发的步骤方法和基本原理，重点介绍了ADE7758和51系列单片机的特点，根据系统的技术要求和功能特点确定了总体设计和软硬件实现方案。
最后，由系统的软硬件调试及实验结果表明，本设计的智能型电力监测仪性能稳定，各项指标基本达到技术要求。
关键词：ADE7758；单片机；时钟芯片；模块化；去极值算术平均滤波算法IAbstractWith the development of economy, there are more and more power equipment users. Influxion of some inductive loads pollutes power grid more or less, and affects the quality of power supply. It will also cause the failure of user equipments or even production accidents if the quality of power supply gets worse. Therefore, it is necessary to monitor the power grid parameters and adopt appropriate protective measure on time. This paper designs one kind of intelligent multi-function power monitoring device. It uses ADE7758 which is specially used for three-phase electricity metering, is an essential component of power automation system, and is very important for realization of the grid safety and efficient and ecconomical operation.The ADE7758 adopted in this paper is an integration of ADC, digital integrator, reference circuit, temperature sensor and digital processing module which both can measure power supply and calculate RMS. Based on the eight-bit MCU, this monitoring device has the function of measurement, controlling, protection and communication. Compared with the traditional design, the usage of ADE7758 replaces the hardware sampling circuit, so it not only greatly simplies the peripheral circuit, reduces cost, but also improves the accuracy and reliability of the equipment. Additionally, the adoption of RS485 communication method facilitates the data exchange with host computer and is beneficial to the automation of the power supply system.This paper describes the development of the power monitoring devices, explains the steps of the intelligent device development and its principle, and introduces the characteristics of ADE7758 and 51 MCU. According to the technical requirments and functions of the device, it draws up the overall design and implementation scheme of both hardware and software. Finally, the debugging of the system’s hardware and software and the experimental result show that this device is stable and conforms to the technical requirments.Key words: ADE7758; MCU; clock chip;modulatity; extreme average to filterII目录0 引言 (1)1 概述 (2)1.1发展现状 (2)1.2方案比较 (2)1.3 课题的任务以及开发过程 (3)2 系统总体结构及主要芯片选型 (6)2.1芯片选型 (6)2.1.1 专用电能计量芯片 (6)2.1.2 单片机的选型 (7)2.1.3 系统设计的总体结构 (9)3 系统硬件设计 (11)3.1三相电能计量芯片A/D转换 (11)3.1.1 ADE7758简介 (11)3.1.2 ADE7758的输入通道 (12)3.1.3 ADE7758的校正功能 (12)3.2输入变送单元 (12)3.3P89C61X2单片机 (13)3.3.1 概述 (13)3.3.2 单片机并行输入输出端口的特点 (14)3.3.3 单片机与ADE7758通信 (15)3.4铁电存储器(时钟芯片) (16)3.4.1 铁电存储器的由来 (16)3.4.2 铁电存储器的优点 (17)3.4.3 FM31XX概述 (17)3.4.5 FM31XX与单片机的接口 (18)3.5I2C总线 (19)3.6高速同步串口(SPI) (20)3.7RS485接口标准 (20)3.7.1 RS485的特点 (21)3.7.2 RS-485的接地问题 (21)3.8人机界面 (22)3.8.1 人机界面设计的一般步骤 (22)3.8.2 数码管显示 (24)4 软件设计 (26)4.1系统程序的基本特点 (26)4.2系统程序的设计流程 (26)4.3程序总体设计思路 (27)4.5主程序设计 (28)4.6初始化 (29)4.6.1 ADE7758初始化 (29)4.6.2 FM31256初始化 (30)4.7中断 (31)4.8时钟管理 (33)4.9自诊断处理 (33)4.10去极值算术平均滤波算法 (34)5 系统的经济技术分析 (36)6 结论 (37)致谢 .................................................................................. 错误！未定义书签。
基于dsPIC与ADE7758的多功能电能测量仪设计
基于dsPIC与ADE7758的多功能电能测量仪设计1引言伴随我国电力供应市场化的逐步深入，对电能计量的要求也越来越高。
电子技术和计算机技术的高速发展是电能测量仪表进步及成熟的技术支撑。
准确度高，可靠性好的元器件以及大规模集成电路的采用，使得电能测量表的使用寿命、准确度、稳定度等技术指标均得到了很大的提高。
ADE7758是美国ADI公司开发的一种体积小、动态范围可达1000:1的新型电能测量集成电路，它具有数字积分、数字滤波和多种实用电能监测、可以计量有功、无功、视在电能量、电流、电压有效值、频率、以及波形采样数据等。
ADE7758实现全电子化，高性能、低成本的多功能电能表设计；还可以利用制解调光缆，GPRS无线抄表等技术手段完成自动化抄读表、多费率计量、多功能计量、预付费等应用功能。
2系统结构设计电能表由电参数测量、显示、通讯，中央控制、重要的数据保存，和电源及其监测等部分组成如图1所示。
整个系统设计以dsPIC为中心，配合其它各种外围芯片，实现特定功能。
其中测量部分以ADE7758为中心，信号采集由精密小型互感器及前置信号电路构成，从中获取有功电量，无功电量，电压、电流、频率等多种实时数据。
dsPIC通过SPI总线对ADE7758的各个寄存器进行访问，得到计量所需的各项数据。
为降低成本及减小体积，显示部分采用数码管动态显示，与上位机通信部分采用RS485半双工通信方式，电源部分采用高频开关电源，使系统节能及适应不同的电压环境。
系统同时实现对外部异常情况检测，包括系统掉电、电池欠压等，对检测到的异常报警并且进行相应的控制。
整个系统框图如图1所示。
图1系统结构框图3 ADE7758为计量芯片的硬件接口电路设计3.1 ADE7758芯片介绍及外围电路设计ADE7758芯片的主要功能引脚以及外围硬件电路设计如图2所示，主要引脚功能介绍如下：(1)APCF，VARCF功率校正频率输出，该引脚的输出主要用于校正和操作目的；(2)引脚IAP，IAN，IBP，IBN，ICP，ICN电流模拟通道输入，即电流采样输入，这些输入是全差动输入，输入电压差最大值0.5V；(3)引脚VN，VCP，VBP，VAP电压通道模拟输入，采用单端电压输入；(4)引脚DIN，SCLK，DOUT为SPI串行通信接口，构成与单片机进行SPI通信；(5)IRQ为中断输出引脚。
基于ADE7758的医用电网监控仪设计
无 功 以及负荷 的时间分布等 重要用 电参数 ，无法存储用 电情况 的历史数据 ，更无法实现 电网 自动切换 。根据 实际需要 ，本 文
针 对 医疗 用 电 的应 用 的特 点 ， 设计 了 多功 能 医用 电 网监 控 仪 。
２ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ控仪硬 件设 计
采 用 电 子 计 量 原 理 的三 相 多 功 能 监控 仪 ， 具 有 高 精 度 、 多 参 数 测 量 、 谐 波 功 率 电能 计 量 等优 势 。总 体 上 来 说 ，传 统 的 三 相 多 功 能 表 是 稳 态 电 力 负 荷 计 量 产 品 ， 由于 其 应 用 领 域 扩 大 ， 电 力 系 统 对 电表 不 断 提 出新 的技 术 要 求 。现 有 的 三 相 多 功 能 表 性 能和 品 质 ，都 不 能 完 全 适 应 医疗 用 电系 统 的 需 求 。 因此 ， 改 进 产 品 设 计 ，将 医 用 电 网监 控 仪 技 术 水 准 推 向 新 的 高 度 ，无 疑 是 一 个 共 同 关 注 的 课 题 。本 文 基 于 单 片 机 和Ａ Ｄ Ｅ ７ ７ ５ ８ 设 计 一 种 多 功 能 医用 电 网监 控 仪 ，下 面 详 细 介 绍 系 统 的软 硬 件 结构 。 ２ ． １系 统硬 件 结 构 设计
本监控 仪的核心是Ａ Ｄ Ｅ ７ ７ ５ ８ 芯片，该芯片主要包括３ 部分 功
能 ： 数 据 采 集 、 电 参 数 计 量 、 通 信 。 数 据 采 集 功 能 由６ 路２ ４ 位 Ａ ／ Ｄ 转 换 器 实 现 ，３ 路 提 供 给 电流 值 的转 换 ，３ 路 提 供 给 电 压值 的 转 换 ； 电参 数 的 计 量 主 要 由Ａ Ｄ Ｅ ７ ７ ５ ８ 芯 片 的Ｄ Ｓ Ｐ 内 核 实 现 ，绝 大 多 数 的 数 据 处 理 工 作 都 由该 芯 片 完 成 ， 该Ｄ Ｓ Ｐ 内 核 把 处 理 程 序 固化 到芯片 内部 ，能够 自动计算 出多种 电参量 ，保证精度和 速 度 的 要 求 ；通 信 经 由Ｓ Ｐ Ｉ 接 口 实现 ， 单 片 机 ￣ Ｈ Ａ Ｄ Ｅ ７ ７ ５ ８ 通 过 该 接 口传 输 数 据 ， 实 现Ａ Ｄ Ｅ ７ ７ ５ ８ 的 内部 寄 存 器 读 取 和 写 入 。 最 前 端 的 电压 变 送 器 和 电 流 变 送 器 实 现 了 电 压 电 流 的 隔 离 和 转 换 工 作 ，电压变送器完成 电网电压 到可测 电流 的转 换， 电流变送 器
基于计量芯片ADE7758的三相多功能电表设计
ｈａ ｄ ｒ ｅ ｉ ｎ ｎ ｎ ｏ ｔ ｒ ｏｇ ａ ｒ ｗａ ｅ ｄ ｓｇ ｉ ｇ ａ ｄ ｓ ｆｗａ ｅｐｒ ｒ ｍｍｉ ｇ． ｎ
Ｋ ｅ ｒ ： Ａ ＤＥ７７ ８； ｐｏ ｒｍ ｅ ｅ ； ｄ ｔ ｏｌ ｃ ｉ ｎ； Ｓ ｙ ｗｏ ｄｓ ５ ｗｅ ｔｒ ａａ ｃ ｌ ｔｏ ｅ ＰＩ
随着我 国经济 的发 展 ， 电力供应 呈现 紧张局 面 ， 尤其 在沿海 地 区，工业 、经济 发达 的城市 尤为严 峻 ， 对 电能计 量 的要求 也逐步 升 高 。电子技术 和计 算机
的 高速更 新 改变 了当前社 会 ，也使 电表 的设计 有 了
论文采 用芯片 Ａ ７ ５ ，并配合 Ｓ Ｃ ９ ５ ＤＥ ７ ８ Ｔ ８ Ｃ ２主 控 ，最终完 成 了电表 的硬 软件 设计 。
规模 集成 电路 的采 用 ，使 得 电表 自身寿命 及准 确度 均有 极大 提高 。美 国 ＡＤ 公 司生产 的 电能测量 集成 电路 Ａ ７ ５ ，体积 小且动态 范 围可达 １０ ：，具 ＤＥ ７ ８ ００１ 有 数字积 分 、数字 滤波和 众 多实用 电能检测 、计量 等 功能 。 发者仅 仅只 需要将 此芯 片与 ＭＣ 做 Ｓ Ｉ 研 Ｕ Ｐ 通 信 即可 获得 相应 的计量数 据 ， 并且勿 需人 为干预 ， 大 大减 轻 了设计人 员的 负担 ， 有利于 性能 的提 高 ， 更 成 本 的降低 。配 合现 有 的通 信技 术便 足 以实现 多种 应 用 功能 ，如 自动抄 表 、实时 电价 、分 时电价 、预 付 费等 。
使用 模块 化 思想和嵌 套方 法分别 对硬件 进行 设计 、对软件 进行编 程 。 关键 词 ：ＡＤ ７ ５ ； 电能表 ；数据采 集；Ｓ Ｉ Ｅ ７８ Ｐ ＴｈｅＤｅ ｉ ｎ ｏ ｕｌｉＦｕ ｔｏ ｌ ｗ ｅ ｅ ｅ ｓ ｄ ｏ ＡＤＥ７ ５ ｓｇ ｆＭ ｔ－ ｎｃ ｉ ｎａ Ｐｏ ｒＭ ｔ ｒＢａ ｅ ｎ ７ ８
基于ADE7758的复费率三相电能表设计
充分 利 用 ， 行不 经济 。为 了合 理 调配 用 电时 间 ， 运 应 该 引 导用 户错 峰 用 电与 削 峰填 谷 用 电 ， 以均 衡 电力 负荷 ， 现供需 平 衡 。复费 率 电能 表 ¨ 就 是 按 照 高 实
峰 、 谷 时 间分别 记 录用 电量 ， 低 以便 按不 同的价格 取 电费 ， 励用 户 主动 采取 避 峰填 谷 的措 施 ， 鼓 以利 于 供 电、 电双方 ， 用 因而 复费率 电能表成 为 了市 场需 求 的热 点 。但是 ， 一 户 一 表制 ” 面 积 的 推 广 ， 电 “ 大 对 能 表计 量 的多 种数 据 依 靠 人 工 抄 表采 集 的方 法 ， 存
２１ ０ ２年第 ３期
工业仪表与 自动化装 置
・１ ５・ ０
基 于 Ａ ７５ ＤＥ ７ ８的复 费率 三 相 电 能 表 设 计
牛广文
（ 州工业 学 院 电气 工程 系， 州 ７０５ ） 兰 兰 ３００ 摘 要 ： 计 了基 于电 能计 量 芯 片 Ａ Ｅ ７ ８和单 片机 ＰＣ ６ ８７为核 心 的复 费率三相 电能表 ， 设 Ｄ ７５ Ｉ １Ｆ７
０ 引 言
我 国许 多 电 网在负荷 高 峰时 ， 常拉 闸限 电 ， 经 而
在负 荷低 谷 时则 浪 费严重 ， 致水 电 厂大量 弃水 ， 导 火 电厂 长 时 间低负 荷运 行 ， 使发 、 电设备 的容 量 不能 供
１ 系统 总体 结 构
系统 总体 结构 如 图 １ 所示 。
ｕ ｅ ｎ ，ｅ ｉｔｒａ ｄ ａ ｔ ｍａ ｉ ｔ ｒｎ ． ｅ ｍｅ ｓ ｒｎ ｉｃ ｉ ｆｖ ｌａ ｅ ａ ｄ ｃ ｒｅ ｔ ｃ ｌｎ ａ ｎ ｌ ｃ ｒ ｍｅ ｔ ｒ ｇｓｅ ｎ ｕ ｏ ｔｃ ｍｅｅ ｉ ｇ Ｔｈ ａ ｕ ｉ ｇ ｃｒ ｕ ｔｏ ｏｔｇ ｎ ｕ ｒ ｎ ， ａ ｅ ｄ ｒａ ｄ ｃｏ ｋ ｃｒ ｕｉ， ｉｃ ｔ ＲＳ一４ ５ ｉ ｔｒａ ｅ ａ ｄ ｉｆａ ｅ ｏ ８ ｎ ｅ ｃ ｎ ｎ ｒ ｄ ｃ ｍｍｕ ｉ ａｉｎ ｃｒ ｕ ｔｗａ ｅ ｉｎ ｄ Ａｎ ｙ ｔｍ ｏ ｔ ｒ ｌ ｗ ａ ｆ ｒ ｎ ｃ ｔｏ ｉｃ ｉ ｓｄ ｓｇ ｅ ． ｄ ｓ ｓｅ ｓ ｆｗａ ｅｆｏ ｄｉ—
基于ADE7758专用芯片的多功能电能测量表
参考文献:[1] 何耀三.电气传动的微机控制[M ].重庆:重庆大学出版社出版,1997.[2] 王福瑞.单片微机测控系统设计大全[M ].北京:北京航空航天大学出版社,1999. 第1期 2006年2月工矿自动化 Industry and Mine Automation No.1 Feb.2006 文章编号:1671-251X (2006)01-0063-02基于ADE7758专用芯片的多功能电能测量表叶 宁, 陈伟华, 王辉俊, 彭继慎(辽宁工程技术大学电气工程系,辽宁阜新 123000) 摘要:介绍了基于AD E7758的多功能电能测量表的总体设计,具体描述了AD E7758芯片的性能和内部工作原理,着重介绍了接口单元的硬件设计和测量仪的软件设计。
关键词:电能;测量仪;接口设计;数据采集;SPI ;ADE7758 中图分类号:TM93;TP216 文献标识码:B 0 引言ADE7758是美国ADI 公司开发的一种体积小、动态范围可达1000∶1的新型电能测量集成电路,它具有数字积分、数字滤波和实用电能监测、计量等功能。
ADE7758可做到全电子化,有利于提高性能、降低成本;还可以利用现有的电话线、专线、高频无线电调制解调器、光缆、低压配电线载波等技术手段完成自动抄读表、分时电价、实时电价、多功能计量、预付费等扩充应用功能,使电能计量具有高精度、高可靠性、免维护和双向通信等特点。
1 多功能电能测量表总体设计多功能电能测量表(以下简称电表)由测量、显示、控制、接口和电源等部分组成,如图1所示。
测量部分由精密小型互感器(输入0～600V 、0～5A )及前置信号处理电路构成,从中获取电压、电流、频率、相位等多种实时数据。
显示部分采用高品质的液晶显示模块,每屏可以显示8×4个汉字(16×16)或128×64个像素的图形。
控制部分以PIC16C 系列单片机为核心,配以多路A/D 、实时时钟、以及容错电路等外围芯片。
基于计量芯片ADE7758的三相多功能电表设计
基于计量芯片ADE7758的三相多功能电表设计杜欣慧;王茜【摘要】The three-phase watt-hour meter is designed based on the electric energy testing chip ADE7758 which is produced by Analog at 2005. It has some advantages such as data collection accuracy, control flexibility and cost-effective. This paper details the whole designed of power meter and its working principle, focusing on the peripheral circuits of ADE7758 and its serial communication with STC89C52. Blocking design idea and nested method had been considered in hardware designing and software programming.%利用Analog公司2005年生产的电能计量专用芯片ADE7758设计一个三相电能表,采集数据准确,控制性能灵活且性价比高。
本文阐述了基于ADE7758和STC89C52的电表的整体设计及工作原理,重点讲述ADE7758电能计量芯片的外围设计以及与STC89C52的通信连接。
使用模块化思想和嵌套方法分别对硬件进行设计、对软件进行编程。
【期刊名称】《电气技术》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】4页(P42-44,48)【关键词】ADE7758;电能表;数据采集;SPI【作者】杜欣慧;王茜【作者单位】太原理工大学电气与动力工程学院,太原030024;太原理工大学电气与动力工程学院,太原030024【正文语种】中文【中图分类】TM933随着我国经济的发展，电力供应呈现紧张局面，尤其在沿海地区，工业、经济发达的城市尤为严峻，对电能计量的要求也逐步升高。
ADE7758在新型电能监控系统中的应用与研究
ADE7758在新型电能监控系统中的应用与研究摘要：为了满足当今企业电能监控系统的需求，达到低成本、高精度、简化设计的目的，提出了一种使用三相电能计量集成电路ADE7758分时实现单相、三相电能监控功能的解决方案。
通过实际开发、测试，确定芯片在该方案中的硬件电路设计、驱动开发、企业用户应用程序实现和实际使用过程中的校准方法，提供了实际电能监控过程中的数据。
根据此对计量方案的继续优化进行了探讨。
关键词：ADE7758；驱动程序；应用程序；校准0 引言伴随我国经济的飞速发展，用电紧张的情势日益严峻。
为缓解社会用电紧张的局面，现今诸多企业采用了单相市电、三相柴油发电互补使用的方法，缓解居民用电紧张情况。
企业作为用电大户，电能供给状况直接影响到企业的经济效益，需要实时进行电能监控，以达到及时自身调节、节约电能和提高生产效率的目的。
企业电能监控部分普遍采用美国模拟器件公司(ADI)推出的电能计量集成电路，分别计量单相电和三相电，这不仅需要2块集成电路，而且在单相电、三相电切换的环节也需要通过硬件实现，很容易产生误差。
ADI公司2003年底推出的ADE7758三相电能计量集成电路，内部具有单相电、三相电切换计量功能，通过实际开发、测试，完善了使用一片ADE7758分时实现单相、三相电能监控的方案，避免了因为硬件切换所造成的误差。
通过实测数据可以得出这种方案具有较高的计量精度；改变了以往使用多块芯片计量的理念，对于降低企业电能监控系统的成本和提高电能监控自动化水平具有突出意义。
1 基于ADE7758的硬件电路设计1．1 芯片功能介绍ADE7758是一块高精度的三相电能计量集成电路，可以完成对有功功率、无功功率、视在功率和有效值的计算，兼容三相三线和三相四线制电路，并且具备每一相的单独配置、校准的特性。
它具有3对差分电压输入，分为3个电压输入通道和3个电流输入通道，最大输人电压±0．5V，有一个与SPI兼容的串行口，可以与微处理器完成通信。
基于计量芯片ADE7758的三相多功能电表设计(精)
技术与应用基于计量芯片ADE7758的三相多功能电表设计杜欣慧王茜（太原理工大学电气与动力工程学院，太原 030024）摘要利用Analog公司2005年生产的电能计量专用芯片ADE7758设计一个三相电能表，采集数据准确，控制性能灵活且性价比高。
本文阐述了基于ADE7758和STC89C52的电表的整体设计及工作原理，重点讲述ADE7758电能计量芯片的外围设计以及与STC89C52的通信连接。
使用模块化思想和嵌套方法分别对硬件进行设计、对软件进行编程。
关键词：ADE7758；电能表；数据采集；SPIThe Design of Multi-Functional Power Meter Based on ADE7758Du Xinhui Wang Qian（School if Electrical and Dynamical Engineering of Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024）Abstract The three-phase watt-hour meter is designed based on the electric energy testing chip ADE7758 which is produced by Analog at 2005. It has some advantages such as data collection accuracy, control flexibility and cost-effective. This paper details the whole designed of power meter and its working principle, focusing on the peripheral circuits of ADE7758 and its serial communication with STC89C52. Blocking design idea and nested method had been considered in hardware designing and software programming.Key words：ADE7758；power meter；data collection；SPI随着我国经济的发展，电力供应呈现紧张局面，论文采用芯片ADE7758，并配合STC89C52主尤其在沿海地区，工业、经济发达的城市尤为严峻，控，最终完成了电表的硬软件设计。
基于ADE7758的电能监测系统的设计
基于ADE7758的电能监测系统的设计设计背景随着能源消耗的不断增加，对电能的监测和控制越来越受到重视，电能监测系统的应用也越来越广泛。
针对此需求，本设计基于ADE7758芯片设计了一套电能监测系统，用于实时监测电源的电压、电流、功率因数和电能等重要参数。
设计方案硬件设计1.主控芯片：使用ADE7758芯片作为主控芯片，该芯片能够准确测量电源电压、电流、功率因数和电能等重要参数。
2.功率采样：为了实现功率的测量，需要对电流进行采样，可以使用霍尔传感器或电阻采样器，电流采样后转化为电压信号输入到ADE7758芯片中。
3.电压采样：使用电压分压器对电源电压进行采样，采样后输入到ADE7758芯片中。
4.显示屏和按键：系统应配有LCD显示屏和按键调节系统运行参数。
5.通信接口：通过串口和计算机进行通信，实现数据的传输和分析。
6.电源模块：系统需要一个稳定的电源模块，可以使用DC-DC模块或线性稳压模块。
软件设计1.初始化：程序启动时需要初始化ADE7758芯片，设置各种寄存器的值以及寄存器中断标志的清除。
2.采样：程序中需要进行定时采样，将采样的电压和电流数据传送到芯片中，计算得到电能和功率因数等的值，并将结果存储在内存中。
3.数据处理：程序中需要对采集到的数据进行处理和计算，得到电能、功率因数等重要参数，可通过LCD显示屏和计算机进行查看。
4.通信：程序中需要通过串口与计算机通信，实现数据的传输和分析。
总体方案本设计基于ADE7758芯片的电能监测系统，可实时监测电源的电压、电流、功率因数和电能等重要参数。
硬件上采用霍尔传感器或电阻采样器进行功率采样，并使用电压分压器进行电压采样。
软件上通过定时采样、数据处理和通信等方式实现数据的实时监测和传输。
设计结果本设计基于ADE7758芯片的电能监测系统，成功实现了对电源的电压、电流、功率因数和电能等重要参数进行实时监测和控制。
系统性能稳定，使用方便，可广泛应用于电力行业和工业生产领域。
基于ADE7758的电量监测系统设计
基于ADE7758的电量监测系统设计
罗丹羽;张丽娟
【期刊名称】《电气开关》
【年(卷),期】2009(47)6
【摘要】介绍了ADE7758的主要特点和工作原理,提出了基于ADE7758和STC89C51RC/RD+的电量监测系统硬件和软件设计方案.本系统采集数据丰富、工作稳定可靠、测量精度高.
【总页数】3页(P41-42,46)
【作者】罗丹羽;张丽娟
【作者单位】郑州电力高等专科学校,河南,郑州,450004;郑州电力高等专科学校,河南,郑州,450004
【正文语种】中文
【中图分类】TM930
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基于ADE7758的GPRS网络电能表设计的开题报告
基于ADE7758的GPRS网络电能表设计的开题报告一、选题背景及意义随着现代物联网技术的不断发展，GPRS网络电能表在智能电网中具有着越来越重要的地位。
相较于传统的电能表，GPRS网络电能表能够实现遥测遥控行为，并将数据传输至中心服务器，便于数据管理和维护。
这对于提高用电效率、减少资源浪费、优化电网架构、保障用电安全等方面都具有重要作用。
本项目基于ADE7758电能计量芯片为核心，以GPRS网络为通信手段，设计一款实用的GPRS网络电能表。
ADE7758是一款高精度、低功耗的电能计量芯片，能够实现电能量测量和电力监测等多种功能。
此外，本项目还将采用STM32微控制器作为处理器，通过GPRS模块实现数据传输和远程控制等功能。
二、研究内容和技术路线1.硬件设计：本项目主要硬件器件包括ADE7758电能计量芯片、STM32F103单片机、GPRS模块、LCD显示屏、电源模块、电流互感器等。
其中ADE7758电能计量芯片将用于实现电能的计量和采集，STM32F103单片机将作为主控处理器进行采集数据的处理和控制，GPRS模块将用于数据通信。
LCD显示屏将用于显示电能表读数、电能涨跌、供电情况等数据。
电源模块负责为整个系统提供供电。
2.软件设计：软件设计包括系统的整体框架和各个模块的开发。
主要包括ADE7758芯片的数据读写、GPRS通信的配置和数据发送、STM32单片机的硬件驱动和应用层开发等。
3.技术路线：具体技术路线包括：（1）硬件设计方面，首先完成电路原理图的设计，确定选用的器件和参数。
然后进行PCB布局设计，完成PCB制板、焊接等工作。
最后进行整机调试和测试。
（2）软件开发方面，采用C语言进行程序开发。
首先完成各个模块的功能划分和接口设计，然后进行代码编写和调试，最后进行系统集成测试。
三、预期成果1.所设计的GPRS网络电能表具有良好的稳定性和可靠性，能够实现准确的电能计量、电力监测和数据传输等功能。
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北京化工人学硕上学位论文
１．２电力仪表的发展
１．２．１电力仪表的发展历程 根据电力方面需要测量的电参数，相应有各种各样的仪表：单相／－－相有功电能表、 单Ｎ／三相无功电能表、复费率电能表、最大需量表、脉冲电能表和多功能电能表、功 率因数测试表、谐波分析仪、电能质量分析仪等【４】。
上述的电力仪表大致可以分成两类：
ｃａｎ
ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ
ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．
ＫＥＹ
ＷＯＲＤＳ：ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｈａｒｍｏｎｉｃ，ＡＤＥ７７５ ８，ｚｅｒｏ
ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｃｕｒｒｅｎｔ，３－ｐｈａｓｅ ３－ｗｉｒｅ，ｓｅｌｆ－ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ ｗｉｎｄｏｗ
一类是用于电能测量的仪表，主要是集中测量电力参数，不具备分析、监控功能，
不能及时发现供电与用电的问题。出于成本的考虑会特别多，对测量精度要求比较高。
另一类是按个性需要来使用的监测和分析仪表。主要功能是对电网运行情况进行 分析和监控。定位于精确测量与监测场合，功能较为全面、操作相对复杂，所以这类
仪表为保证精度，在设计与硬件成本上价格一般都较高。
作者签名：
曲之，刚
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ｈａｎｎｉｎｇ
ｓｅｌｆ－ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ ｗｉｎｄｏｗ
ＤＦＴ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ
ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ
ｓｙｓｔｅｍ
ｈａｒｍｏｎｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ．
Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ
ａ
ＡＤＥ７７５ ８－Ｂａｓｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
ｏｎ
Ｍｅｔｅｒ ｉｓ ａｌｓｏ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｂａｓｅｄ
北京化工大学 硕士学位论文 基于ADE7758的电力监测表的研究与实现 姓名：刘志刚 申请学位级别：硕士 专业：计算机应用技术 指导教师：刘凤新 20100526
摘要
基于ＡＤＥ７７５８的电力监测仪表的研究与实现
摘要
本文简述了电能质量和谐波问题的研究状况。研究、分析了仪表需要 测量的电力参数计算算法。比较了三相三线制网络和三相四线制网络的电 能计量方法。设计、实现了～种基于ＡＤＥ７７５８的三相三线制电力监测仪 表的方案。根据对称分量法，推导了两种软件计算零序电流的方法。为解 决ＤＦＴ算法检测谐波时的频谱泄漏和栅栏效应，重点研究了自卷积窗在 谐波分析中的应用，将加ｈａｎｎｉｎｇ自卷积窗ＤＦＴ算法应用到电网谐波分 析中。 本文还介绍了所研制的电力监测仪表的系统设计。本设计采用模块化 的设计思想，整个仪表分成传感器、核心板、扩展板和液晶及按键四个模 块。采用ＡＤＥ７７５８作为电能计量芯片，ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２作为主要计算芯片， ＡＴｍｅｇａｌ２８作为主要控制芯片。仪表实现了复费率电能计量、２．３１次谐 波分析、参量报警、开关量输入输出、液晶显示、人机交互和ＲＳ４８５数 据通信功能。 实验结果表明，本课题研制的电力监测仪表基本可以满足电刚监测和 用电管理要求。
关键词：电力监测，谐波，ＡＤＥ７７５８，零序电流，三相三线，自卷积窗
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＡＤＥ７７５８－ＢＡＳＥＤ Ｐｏｗｅｒ
Ｓｙｓｔｅｍ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ—Ｍｅｔｅｒ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｐｒｏｂｌｅｍ
ｉｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｍｅｔｅｒ ｎｅｅｄｓ，ａ
ｐｒｏｇｒａｍ
ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ＡＤＥ７７５ ８ ｉｎ
ｔｈｅ ３－ｐａｈｓｅ ３－ｗｉｒｅ ｐｏｗｅｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｗｏ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｈｅ
ｚｅｒｏ
ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ
ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｃｕｒｒｅｎｔ
随着计算机技术和电子技术以的发展，电力仪表也经历了三个阶段【５’６】： 第一代是模拟式仪表（也称指针式仪表），如大量的模拟万用表、电压表、电流 表和功率表等。这些仪表的结构一般是电磁式、电动式、感应式、静电式等，它们的 原理简单、坚固耐用、成本低，但主要缺点在于精度低，响应速度慢。 第二代是数字式仪表，这类仪表的基本原理是将被测量模拟信号通过转变为数字 信号，进行计算并以数字形式显示出来。如数字式万用表、数字式频率计等。这类仪 器同指针式仪器相比较精度有了很大的提高、测量结果直观。而且数字信号便于远距 离传输，所以数字式仪表也适于遥测、遥控。 第三代是智能仪表。所谓智能仪表，一般指含有微处理器（ＭＣＵ）的仪表，通过
Hale Waihona Puke ａｒｅ ｄｅｄｕｃｅｄ ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｔｈｅ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ
ＤＦＴ
ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｏ ｒｅｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｌｅａｋａｇｅ ａｎｄ ｆｅｎｃｅ ｅｆｆｅｃｔ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｔｈｅ
ｓｅｌｆ－ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ ｗｉｎｄｏｗ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ
ａｒｅ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．
Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
ｔｏ
ｂｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｍｅｔｅｒ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．
Ｍｅｔｈｏｒｄｓ ｏｆｐｏｗｅｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｎ ３－ｐｈａｓｅ ３－ｗｉｒｅ ａｎｄ ３－ｐｈａｓｅ ４－ｗｉｒｅ ｓｙｓｔｅｍ
后制定出相应的国家标准加以限制【３】，一些国际组织也制定了相应的国际标准。谐波
同时也会影响电能计量的准确性和合理性。 随着电力行业测量与管理的自动化、智能化和网络化逐步推进，作为电力管理系 统组成部分的电力监测仪表也起着越来越重要的作用。电网参数的测量与监控不仅一 直受到广泛的关注和重视，同时也关系到电力管理水平的提升及电力用户的切身利 益。因此，研制一种多功能的电力监测仪表就具有非常重大的意义。它不但要能对如 电压、电流、功率、功率因数、电能和频率等重要的电力参数进行实时检测和计量， 还应该具有初步的数据分析功能、友好的人机交互功能和完备的通信功能等。 基于以上背景，本课题对电网谐波分析算法进行了研究，并在实验室上一代产品 基础上，实现了基于ＡＤＥ７７５８的电力监测仪表的研制。该仪表具有复费率电能计量、 ２．３１次谐波分析、参量报警、丌关量输入输出、液晶图形显示、按键交互、数据通信 功能。能够测量电网中的参数，如电网频率、电压有效值、电流有效值、能量、功率、 ２．３１次谐波幅值和含有率等，基本可以满足电网监测和用电管理的要求。
５．
网络化
当今社会是网络社会，电力管理部门不仅希望得到一个点的运行情况，而是希望 随时得到整个区域电网的运行情况，以降低电费抄收成本、提高管理水平，满足电力 市场化的要求。特别是随着Ｉｎｔｅｍｅｔ技术的发展，管理单位通常都希望能够通过Ｉｎｔｅｍｅｔ 网络来监控电网的运行。 ６．模块化 电力市场的技术进步较快，改造力度较大，因而对电力仪表的技术更新速度提出 了更高的要求。为了解决开发速度和产品可靠性之间的矛盾，无论硬件还是软件都需 要采用模块化设计，将技术相对成熟和标准的部分进行封装，如计量模块，电源模块， 显示模块，传感器模块等。开发人员只需要集中精力对各个模块进行技术上的更新。
由于扰动负荷（如非线性、冲击性或不对称负荷）接入电力系统或其他扰动源（如系统短
路故障）存在，造成了大量的电能质量问题【ｌ】。这就要求供电部门和用户能够对某一节 点的电网运行情况进行实时监测，根据电网运行情况采取相应措施，提高电能质量。 在影响电能质量的因素中，谐波影响是一个主要因素【２】。电力系统中各种谐波源 产生的谐波对电力系统造成污染，影响到整个电力系统的电气环境，包括系统本身和 广大用户，而且其污染影响的范围大和距离远。为此包括我国在内的许多国家都己先
ＩＶ
北京化工大学位论文原创性声明
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所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，
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ＭＣＵ来控制数据的采集，并对数据进行处理。这类仪表采用软件的方法实现信息的
采集、处理和存储，可以大大简化了仪表的整体结构。这类仪表不仅精度高、功能强 大、而且能适应各种复杂的环境。通常都带有人机交互功能和远程通信功能。 ２０世纪５０年代，数字电子技术和微电子技术的引入促进了电力仪表的发展，模
拟式仪表逐渐被数字式仪表取代。２０世纪７０年代以来，数字式仪表发展到可相互通
信、可自动测量，逐步走向成熟。２０世纪８０年代以来，大规模集成电路的发展使的 芯片可以植入传统仪表内部，使得仪表具有控制、运算、逻辑判断以及自动操作等功 能，为智能化仪表的发展提供良好的支持【１丌。 １．２．２电力仪表的发展趋势 随着信息处理技术、电子技术、传感器技术、虚拟仪器技术和网络通信技术的飞 速发展，电力仪表需要向高精度、多功能、高可靠、智能化、网络化、模块化方向发 展【６，８，９，１０】。
保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在上年解密后适用
本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授 权书。
作者签名：塑圭！幽
导师签名：叠３ ｉ虱鲴
Ｅ１期：塑垒二！二丛
第一章绪论
第一章绪论
１．１课题的研究背景及意义