基于单片机的数字电能表设计

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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。

对于存储模块，本文采用体积小、容量大的SD卡，相比用的是外部供电方式。

基于51单片机的电能表的课程设计任务书

基于51单片机的电能表的课程设计本次设计主要是利用单片机和接口技术设计、研制一种新型电能表，可实现峰谷用电量和剩余金额，并用LCD显示。

进一步了解有关单片机、存储电路、IC卡的应用；掌握信号获取、传输、处理及检测的一般方法；综合运用已有的理论和技术，制定设计方案，掌握用电量的测量方法；学会应用存储电路、IC 卡、单片机组建一个实际测量系统，提高设计者的应用能力；通过测量、计算、显示，能运用所学知识并学会查阅有关资料，培养仪器仪表设计的基本技能，为今后的深入学习等奠定基础。

1.1、设计要求参考利用存储电路、IC卡、单片机及其接口技术研制出一种新型电能表，设计内容包括：（1）详细了解所选用的存储电路、IC卡、单片机的工作原理和工作特性；（2）设计合理的计算测量电路；（3）用单片机、IC卡、LCD的显示技术实现测量电路，单片机的指令系统开发相关的应用程序，并对程序作详细的分析和解释。

（4）列出制作该装置的元器件，搭建试验电路，并进行试验验证调试。

（5）撰写详细的设计技术报告。

1.2、方案设计与分析此电能表主要由计量模块、单片机、IC卡模块、LCD显示、EEPROM存储器、实时时钟电路及电源电路等部分组成。

其硬件系统框图如下图1所示。

其中，单片机以AT89C51为电能表的核心控制芯片，它是电能表的“大脑”，外围所有的硬件模块都是在它的控制协调下进行工作的。

单片机通过控制在其中的各种程序，控制着其它硬件模块的工作状态，由它智能化地形成并可靠地提供电能计算、时段判断、费率切换、IC卡读写、电能量控制及负荷控制等功能。

1.3、AT89C51单片机本电能表的硬件设计原则是在低功耗的前提下，实现多功能目的，该芯片功耗低，特别适用于电能表控制线路多、功能全、功耗低的要求。

它能方便地读取IC卡的数据，并控制液晶显示器的工作，同时还可以将电能表的数据存入EEPROM进行永久保存并可通过串口送至表外的数据终端，大大地提高了电能表的智能化功能。

基于单片机的数字电能表的设计开题报告

在指导教师的指导下，对本选题有了初步的了解，并对此开展了大量的文献调研工作。从选题确定以来，通过学校图书馆查阅了有关智能电表设计的文献、专著。同时文献：
[1] 赵伟.电能表技术的发展历程.电测与仪表.1999.06
[1] 康华光.电子技术基础(数字部分)(第5版) [M].高等教育出版社.2006
②画出该设计的电路原理图，然后利用Protel、或者Multisim等专业的电路设计工具对其进行电路可靠性和稳定性分析，讨论其可行性。
③然后根据要求确定电路各元件的参数，焊接出实际的智能直立车电路。
对智能电表的功能、可靠性以及稳定性进行测试。
准备情况（已发表或撰写的相关文章、查阅过的文献资料及调研情况、现有仪器、设备情况等）
2016.5.1至2016.5.30整理论文，进行毕业答辩。
指导教师意见（研究的意义、创新点、前期基础工作、存在的难点和困难、建议等）
指导教师签名：年月日
教研室意见
教研室主任签名：年月日
[2] 康华光.电子技术基础（模拟部分）(第5版) [M].高等教育出版社.2006
[4]谭浩强.C程序设计(第四版)[M].清华大学出版社出版.2010
[5] 胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机[M].北京：北京航空航大大学出版社,2001
[6] 张剑平等. 基于MSP430系列单片机数据采集系统的设计与开发[J].仪器仪表与分析监测，2006.12
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指导教师*ຫໍສະໝຸດ *专业电气工程及其自动化专业
职称
教授
选题的意义及研究状况
电能是社会生产、人民生活必需的重要能源之一，随着我国科技的进步与经济的不断发展，人们生活水平不断地提高，电能与人们的日常生活的关系日益密切，电力的需求急剧上升。电表的智能化是必然的趋势。智能电表不仅在电能计量，电能计费上要做的更好，更要在电压的承载能力、使用的寿命、能耗、电能抄送方式上有突破的优点，自从国家实行多次电改以来，家家户户都必需换智能电表，老式电表已不复存在。

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。

基于单片机的电能计量系统设计[1].doc

摘要电能是现代社会中国民经济和人民生活的重要保障，随着社会的快速发展往往导致电能的供应与使用之间产生矛盾。

为了解决这一矛盾，电能计量的分时计费方式可以通过调节人们的用电行为，对提高电能利用的合理性和缓解电力供需矛盾具有重要价值。

但是传统的机电式电能表无法执行分时计量和分时计费的功能，因此基于单片机技术设计的新型数字电表是实现新型电能管理方式的前提。

本文提出了一种以AT89C51为核心的电量计量系统，单片机通过AD7751对电网的电压和电流取样，经过内部处理后以频率的形式输出，送给单片机测量频率，计算出有功功率，对时间进行积分后便可得到电能；时钟芯片DS1302提供当前的时间信息，单片机将电量、电费和时间数据送LCD显示，用户可通过独立键盘对系统的工作状态进行操作，包括时间的设定、时间与电量及电费的显示、过去时刻的电量和电费查询等。

本设计中电压电流采集电路具有特色和成本优势；探索了利用AT89C51的有限硬件资源与软件的有机结合实现实时钟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，对其它低功耗仪表的设计具有参考价值。

关键词：电能表，AT89C51单片机，低功率设计，硬软件合成，AD7751单片机AbstractThe electric energy is a guarantee to national economy and daily life in modern society. With the fast development of the society, contradiction between the demand and production of electrical energy occurs. Time-scheduled tariff system, that changes user's behavior in energy consuming and rationalizes the electrical energy utilization, is an effective and valuable measure to solve this problem. For the energy measurement the traditional mechanical electricity meter no longer can meet the requirements of this new tariff system, and microcontroller-based digital E-meter becomes the prerequisite and backbone of this tariff system.This paper presents a AT89C51 power metering system as the core, microcontroller through the AD7751 on the grid voltage and current sampling, after internal processing after output in the form of frequency, given the frequency measurement microcontroller to calculate the active power, integration of time available after power, clock chip DS1302 provides the current time information, the processor will power, electricity and time of data sent to LCD display, separate keyboard, the user can work on the state of the system operation, including setting time, time and power and the tariff, in the past hour of electricity and electricity inquiries. The design of voltage and current acquisition circuits with features and cost advantages; Design methods that integrates the AT89C51s limited hardware and software resources to implement real-time clock ,IC and serial communication interfaces; With E-meter as a platform, a study on the fundamentals and techniques of low-power design the might be of reference value to other low-power process measuring devices.Keywords：Electric energy meter, AT89C51 series microcontroller, low-power design, Integration of hardware and software, AD7751 series microcontroller目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 电能计量系统方案论证1.1 方案一机械电子式 (1)1.2 方案二模数转换式 (1)1.3 方案三功率累加式 (1)1.4 方案选择 (2)2 绪论2.1 课题背景 (3)2.2 数字仪表的发展历程 (3)2.2.1 智能仪表的概念 (3)2.2.2 智能仪表的特点 (4)2.2.3 智能仪表的发展 (4)2.2.4 虚拟仪表是智能仪表发展的新阶段 (6)2.3 国内外电能表技术发展的现状 (7)2.4 选题概述 (8)3 总体方案及各模块简介3.1 AT89C51简介 (10)3.2 AD7751原理及应用 (12)3.2.1 AD7751性能特点 (12)3.2.2 AD7751工作原理 (13)3.3 EEPROM (14)3.4 DS1302 (16)3.5. LCD1602 (18)3.6 通信系统 (19)4 系统硬件设计4.1 功率检测电路设计 (21)4.2 时钟电路设计 (23)4.3 EEPROM/看门狗电路设计 (25)4.4 LCD显示电路设计 (26)4.5 RS-485通信传输设计 (27)4.5.1 电路基本原理 (28)4.5.2 RS-485的控制端设计 (28)4.5.3 RS-485输出电路部分的设计 (28)4.5.4 系统的电源选择 (29)5 系统软件设计5.1 电能计量子程序设计 (30)5.2 EEPROM/看门狗子程序设计 (30)5.3 LCD显示子程序设计 (32)5.4 RS-485通信子程序 (32)5.5 系统主程序设计 (33)5.6 电路仿真 (34)6 总结与展望 (36)致谢 (37)参考文献 (38)附录一 (39)附录二 (44)独创性声明 (45)学位论文（设计）版权使用授权书 (46)1 电能计量系统方案论证1.1 方案一机械电子式通过对转盘转动圈数的计数来测量电能。

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]。

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。

基于单片机的数字电能表的设计_靳恒伟

256 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering单片机技术• SCM Technology2 系统硬件设施2.1 电量采集电路设计本文设计的基于单片机的数字电能表，是一种基本结构与特性和通用仪表类似的智能型仪器，但又有其自身的特点。

根据现在三相交流电表存在的局限性，为了是仪器更为精准，本研究通过采取多种措施，如电表对性的接口有较高的要求，而且计算任务重大，于是通过采用增强型的单片机80C51，来完成复杂的计算，实现高速采样的要求。

系统的整体电路原理图如图2所示。

在此设计中，是以80C51芯片为核心进行数据采集和变换功率，是其不仅具有一般数字功率的准确性高的特点，还可以将电压，电流，功率同时测得。

电能表作为一个独立的电基于单片机的数字电能表的设计文/靳恒伟电的时候由于二极管不可以反响导电而被切断供电；在停电时，开关电源的输出电压为0，在二极管正向导通后，电池供电电路就将会向系统供电。

3 系统软件设计在由单机片组成的检测系统中，软件的设计也相当重要。

当完成整个系统的硬件设计后，此时就要设计软件来完成整个系统的功能。

在系统的硬件条件相同的情况下，软件决定了整个系统的运行效率。

C 语言在单片机软件的开发中发挥出越来越重要的作用，在软件的开发中开发者不必总是编写冗长复杂的汇编语言程序。

该系统程序通过采用模块化的方式调试和完成程序的编写。

编写的该程序主要是由脉冲采集子程序，液晶显示子程序，停电抄表子程序等组成。

当3200个脉冲为1kWh 发现运行状态稳定，的成本少，是一个具有一定实际应用价值的产品。

参考文献[1]汪国林.基于MSP430的数字电能表的设计技术研究[D].合肥工业大学,2004.[2]刘洪利.智能型复费率数字电能表的设计[J].上海电力学院学报,2005,21(03):241-243.[3]孟祥宇.基于单片机的数字电能表设计[J].中国科技博览,2013(28):21-22.[4]马忠梅.单片机的C 语言应用程序设计[J].北京:北京航空航天大学出版社,2013:46-46.作者单位贵州理工学院贵州省贵阳市 550000网络出版时间：2017-04-24 13:08:30网络出版地址：/kcms/detail/10.1108.TP.20170424.1308.394.html。

基于单片机的数字电能表设计开题报告

开题报告1．毕业设计的主要内容、重点和难点等研究内容对于电力参数进行高精度、多参数的测量，是充分了解电网的运行状况，寻找并解决电力系统中出现问题的重要途径。

因此对于电力参数的测量，尤其是高精度、多参数、低价格、便携稳定的实时测量就显得尤为重要，也一直是人们研究的一个重要的方向。

本课题要求利用单片机或DSP设计一个多功能电力参数测试仪。

研究重点及难点重点：（1）标准波形和非标准波形下的电压下功率采样设计，使采样结果尽可能的精确，满足精度要求；（2）数模转换，采集来的信号为模拟信号，需要一个数模转换器转换成能够被单片机处理的数字信号；（3）正确设计电能计算程序,精确地满足测量要求,并且操作简单、显示界面直观明了满足要求。

难点：（1）如何设计合适的采样电路，在标准和非标准波形下使误差范围减小到要求范围内（2）如何合理选择数模转换的方式，尽量减小转换过程带来的误差，使数模转换精度及效率达到使用要求（3）如何合理设计单片机程序，合理选择测量周期、降低电能表能2．准备情况（查阅过的文献资料及调研情况、现有设备、实验条件等）研究概况及发展趋势（1）电能表及数字电能表现状（文献综述）[1-2]电能表，顾名思义，作为电能的计量工具在国民经济的各部门得到广泛应用，存在我们身边的各个角落。

传统电表是使火线绕若干圈，与火--零线圈组成一种特殊的电动结构，类似一台可控转速的电机。

以单相电能表DD862-4 15(60)为例。

“15”称为“标定电流”，“60”称为“额定最大电流”，即该单相电能表的标定电流是15A，额定最大电流是60A；则该电能表能用于正常运行负荷电流为：15A/30%=50A，折算成容量为：P=50A*220V=11000W=11KW，即可以带11千瓦的功率。

但是，其存在的问题也较为突出，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。

传统电表的火--零线圈是一个长期通电的线圈，虽然电耗很少，但每月大约有一度电的空耗。

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一种电能计量仪表，具有计量电能、显示电能、统计电能等功能。

基于单片机的数字电能表设计，可以更加准确地计量电能，提高计量精度和稳定性。

本文将介绍数字电能表的设计和实现过程。

1.电路设计数字电能表的电路设计包括电源电路、采集电路和显示电路三个部分。

（1）电源电路数字电能表电源电路采用稳压电源，保证电路稳定工作。

常见的稳压电源有三种：线性稳压电源、开关稳压电源和Zener稳压电源。

其中，线性稳压电源工作稳定、噪音小，但效率低，热耗能大；开关稳压电源效率高，但噪音较大；Zener稳压电源适用于小功率电路，但稳定性不强。

根据实际需求选择合适的电源电路。

（2）采集电路数字电能表采用电流互感器和电压变压器对电能进行采集。

电流互感器用于采集电路中的电流信号，电压变压器用于采集电路中的电压信号。

采集电路的主要功能是将电流、电压信号转换为数字信号，用于计算电能。

ADC芯片是常用的数字转换芯片，能够将模拟信号转换为数字信号，提高电路精度和稳定性。

（3）显示电路数字电能表的显示电路主要分为数码管显示和液晶显示两种。

数码管显示直观明了，但功耗大、寿命短；液晶显示功耗低、寿命长，但显示效果不如数码管。

根据实际需求选择合适的显示方式。

2.软件设计数字电能表的软件设计主要包括计算电能、显示电能和数据存储三个部分。

（1）计算电能数字电能表的电能计算公式为：电能=电压×电流×时间。

通过采集电路将电流、电压信号转换为数字信号，可以通过单片机进行计算。

计算过程中需要注意电流、电压信号的精度和稳定性，采用滤波算法可有效减少噪声干扰，提高计算精度。

（2）显示电能数字电能表的电能显示是通过数码管或液晶显示电路实现的。

在显示过程中，需要将计算好的电能数据转换为数码管或液晶显示信号，以便用户查看。

在显示过程中，需要注意显示的清晰度和稳定性，合理设置显示间隔时间和亮度调节，以便于用户观察。

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
数字电能表是一种用于测量电能消耗的装置，其主要功能是将电网中的电能转化为数字信号并输出。

本文介绍了基于单片机的数字电能表的设计思路和实现方法。

数字电能表的基本原理是利用电压与电流之间的相位差和振幅
大小来计算电能消耗量。

在数字电能表中，采用了微处理器或单片机来实现数据采集、处理和显示等功能，提高了测量精度和稳定性。

在设计数字电能表时，首先需要选择合适的单片机，并确定其运行频率和工作模式。

其次，需要设计电路板以实现电压、电流、功率等参数的采集和处理，同时还需要考虑电路的抗干扰性和可靠性等因素。

最后，需要编写相应的程序，实现数据采集、处理和显示等功能。

在具体实现时，可以采用数字电路、模拟电路及通信技术等多种技术手段，同时还需要注意保证电路的安全性和电能计量的准确性。

总之，基于单片机的数字电能表设计是一项复杂而重要的工作，其实现需要多方面的知识和技能。

但是，通过合理的设计和精细的实现，数字电能表可以为电力系统的运行和管理提供有效的支持和保障。

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基于单片机的数字电能表设计初稿

基于单片机的数字电能表设计初稿【引言】数字电能表是一种能够实时监测电能使用情况并进行数字化显示的设备，随着科技的发展，越来越多的数字电能表开始采用单片机作为核心控制器，以实现更高效、精准的能耗监测和数据分析。

在本文中，我们将探讨基于单片机的数字电能表设计初稿，以满足对电能监测精度和实时性的要求，提高电能管理的智能化水平。

【1. 单片机在数字电能表中的应用】单片机作为数字电能表的核心控制器，具有强大的数据处理和通信能力，可以实时采集电能使用情况并进行精确的数据处理。

单片机还可以实现对电能表的远程控制和监测，提高了电能管理的便捷性和智能化水平。

【2. 设计方案的选择】在选择单片机的还需考虑数字电能表的外设电路和显示模块，以及通信接口等方面的设计。

合理选择单片机的型号和外设电路方案，能够有效降低成本，并提高数字电能表的稳定性和可靠性。

【3. 数字电能表的精度和实时性要求】数字电能表作为一种用于精确监测和计量电能使用情况的设备，对精度和实时性要求较高。

我们在设计数字电能表时，需要充分考虑单片机的数据处理能力和精度，以及通信接口的稳定性和实时性，确保数字电能表能够准确地监测和显示电能使用情况。

【4. 个人观点和理解】在设计基于单片机的数字电能表时，我认为需要充分考虑单片机的性能和外设电路的选择，以及通信接口的稳定性和实时性。

还需要重视数字电能表的智能化水平和用户体验，使其能够满足不同环境下的电能监测需求。

【总结与回顾】数字电能表作为一种重要的电能管理设备，在实际应用中发挥着重要作用。

基于单片机的数字电能表设计可以有效提高电能监测的精度和实时性，实现远程控制和监测，为电能管理提供了更为智能化的解决方案。

结论：通过本文的探讨，我对基于单片机的数字电能表设计初稿有了更深入的理解，相信在实际设计中能够更加全面、深刻和灵活地应用这一概念。

以上是本次撰写的初稿，欢迎您提供建议和改动。

【5. 单片机选择与外设电路设计】在选择单片机时，需要考虑其数据处理能力、通信接口、电源管理以及稳定性等方面的性能。

浅析基于单片机的数字电度表在电能监测系统中的设计

102程序员之家此设置时自动发出警报的功能。

近些年，单片机技术发展迅速，在各种电子产品中都占有一席之地。

市面上关于单片机的种类型号也数不胜数。

本文设计数字电度表的核心控制模块选用的是单片机8051。

它的功能特点主要是处理器运行速度快，振荡器工作效率高；内部存储器容量大，可以满足本电表的存储需求。

它的基本工作原理是与数字电度表的各模块相连，将电能计量模块采集到的电量传到电量显示模块进行显示。

并利用自身的烧制程序控制时钟芯片在电量显示模块中实时显示系统时间，可以自由设置电量上限，并在超出此设置时控制系统自动发出警报。

3.3 电量显示模块数字电度表的电量显示模块，顾名思义，就是显示系统的用电量、电费、实时时间等信息。

本模块主要由两个重要部分组成：LCD1602显示器和DS1302时钟芯片。

LCD1602是市面上比较常见的，应用比较广泛的一种极低功耗的液晶显示器件，它具有显示质量高、重量轻、寿命长，字迹清晰美观等特点，是设计数字电度表的一种很好选择。

DS1302一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，它的主要功能是实时提供秒、分、时、日、星期、月和年的时间信息。

3.4、电能供应模块电能供应模块的主要功能是为数字电度表系统板上的其他模块提供+5V 电压。

它的重要组成部分是三端稳压器7805。

它主要有两种工作方式。

一种是大家比较常见的，在日常生活中接触也比较多的插盘式电源供应方式。

这种方式主要通过通过7805三端稳压器得到5V 的直流电源，供给系统其它模块工作。

另一种是从学生电脑的USB 接口获取＋5V 电源，只要用相应配套的USB 线，便可以方便地从电脑主机获取＋5V 直流电源。

4 研究小结以上就是本文所研发的基于单片机的数字电度表在电能监测系统中的设计。

本在技术方面还存在很大的不足，希望读者且看且思考。

另外，笔者希望，新型的电能监测系统可以真正投入运行，积极响应国家的节能减排政策，为当代大学生敲响电能节约的警钟。

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. Digital meter is converts continuous analog not digital forms of continuous, discrete, and display instruments. Digital meter results of electronic technology, computing, automation technology and precision measuring technology closer together, become independent in the field of instruments, meters and complete a branch digital meter marks a revolution in the field of electronic devices was a pioneer of modern electron measurement technology. The design based on single-chip microcomputer for the development platform, control system with AT89C51 microcontroller, a/d converter using ADC0832. System can ensure the realization of requirements of functionality, can also be convenient 8-channel a/d converter measurement, remote measurement result transmission extension. Simple digital energy measurement circuit controlled by the a/d conversion, data processing, display and so on.Key word: Digital electrical energy table; AT89C51；Hardware synthesis目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1选题的背景与意义 (1)1.2电能表的研究现状与发展趋势 (1)1.3主要研究内容 (1)第2章系统总体设计方案 (3)2.1电能表的分类 (3)2.2电能测量的原理 (4)2.3数字电能表的工作原理 (4)2.4硬件总体设计方案 (5)第3章系统硬件设计 (7)3.1 AT89C51单片机系统 (7)3.1.1 主要参数 (7)3.1.2 引脚功能说明 (7)3.1.3 单片机最小系统 (8)3.2 ADC0832芯片 (10)3.3电源模块 (11)3.4实时时钟电路模块 (12)3.5显示模块 (13)3.6存储模块 (14)3.7电流电压采样模块 (15)第4章系统软件设计 (16)4.1软件介绍 (16)4.2系统软件方框图 (16)第5章总结与展望 (17)参考文献 (18)致谢 (19)第1章绪论1.1选题的背景与意义当今社会，人们的生活水平越来越高，科技也在不断的发展和进步，生活中无时无刻不存在电，随着电网技术的不断发展，传统电表无法有效解决的电能计量、电能计费纠纷这一问题，智能数字电表必将给我们带来新的惊喜。

基于单片机的数字电能表的设计原理

基于单片机的数字电能表的设计原理王福君【期刊名称】《《现代制造技术与装备》》【年(卷),期】2019(000)009【总页数】2页(P12-13)【关键词】数字电能表; 单机片; AD转换【作者】王福君【作者单位】四川轻化工大学物理与电子工程学院自贡 643002【正文语种】中文电能表总共可以分为三大类，即脉冲电能表、感应式电能表以及电子电能表。

本次设计主要采用了ADC0832芯片进行数据采样，然后通过数据总线传输给单片机STC89C51；最后通过LCD1602显示出来。

每个模块之间通过MCU统一地联系在一起，形成了十分强大的智能电能表系统。

1 单片机最小系统STC89C51单片机控制芯片其本身在实验室中的应用就十分广泛，同时它的可用性和低廉价格也非常适合各高校引进与使用。

单片机的可擦除只读存储器不仅可以反复擦除1000次，还采用了ATMEL高密度且非易失存储器制造技术制造，使工业标准的MCS-51指令集与其输出管脚相兼容。

由于它将多功能8位CPU和闪速存储器组合在了单个芯片之中，ATMEL的STC89C51是一种高效的微控制器；而常用的STC89C51相较之下则是一种精简版本。

晶振可以在1.2～12MHz之间任选，甚至可以达到24MHz或更高，但是频率越高功耗也就越大。

在本实验套件中，采用的是12M的石英晶振；和晶振并联的两个电容大小对振荡频率有微小影响，可以起到频率微调作用。

当采用石英晶振时，电容可以在20～40pF之间选择；当采用陶瓷谐振器件时，电容要适当地增大一些，在30～50pF之间，通常选取30pF的陶瓷电容就可以。

复位电路分为上电自动复位和开关复位。

在上电瞬间，电容两端电压不能突变，此时电容的负极和RESET相连，电压全部都加在了电阻上，RESET的输入为高，芯片就会被复位；然后，+5V电源给电容充电，电阻上的电压就会逐渐减小，最后将会约等于0，芯片随之正常工作。

并联在电容的两端的就是复位按键，当复位按键没有被按下时，电路会实现上电复位；在芯片正常工作后，通过按下按键就会使RST管脚出现高电平，以此来达到手动复位的效果。