(格式修改)智能电表---分析设计报告 (1)

课程：计算机组成原理

智

能

电

表

分析设计报告

院系：安徽工程大学机电学院

专业：计算机与软件工程系

班级：软件1402

组长：李和林

组员：秦伟刘宣杨佳伯转转许展邵明

时间：

目录

第一章系统整体方案设计 (1)

1.1智能电表系统设计思路 (1)

1.2方案论证 (1)

1.2.1三相电参数的测试与计量方案论证与比较 (1)

1.2.2多功能化模块的方案论证与比较 (2)

1.2.3电压电流采样方案论证与比较 (2)

1.3通信标准的选择 (3)

1.4系统总体方案确定 (4)

第二章系统硬件设计 (4)

2.1硬件整体系统设计 (4)

2.2电源电路设计 (6)

2.2.1工作原理 (6)

2.2.2变压模块 (7)

2.2.3稳压模块 (7)

2.3电压电流采样处理单元 (8)

2.3.1 ATT7030A简介 (8)

2.3.2 ATT7030A结构框图 (9)

2.3.3电能输出脉冲电路 (9)

2.4 CPU中央处理单元 (10)

2.4.1 CPU功能 (10)

2.4.2 CPU选择 (10)

2.4.3数据存储模块 (11)

2.4.4显示模块 (13)

2.4.6键盘模块 (17)

2.4.7 485通讯模块 (18)

第三章系统软件设计 (19)

3.1软件设计的基本原则 (19)

3.2系统软件设计 (20)

3.2.1接收数据与通信的程序设计 (20)

第四章总结 (24)

第一章系统整体方案设计

1.1智能电表系统设计思路

将智能电表系统整体分为电量测量和智能管理两部分。电量测量部分选用高精度、高可靠性的电量测量ASIC实现，能够完成三相电量的准确计量。该部分是设计的关键和基础。智能管理部分除核心元件微处理器外，还需要人机交互模块、数据存储模块及通讯模块。该部分是实现电表“多功能化”的重要组成部分，对其要求是智能化程度高，易于功能扩展。

1.2方案论证

1.2.1三相电参数的测试与计量方案论证与比较

该部分是本系统设计的关键部分，要求电路结构简单、可靠、功能全面，能够完成预定功能。目前，关于三相电参数的测试与计量主要有两种技术方案。

传统的模数转换和相位检测技术

被测三相电压、三相电流通过相应互感器转变为能被后端电路接收的电信号，变化之后的信号需要做两方面的处理，一方面检测电压电流的相位差，确定功率因数，另一方面线性调整信号，传输给后端的A/D转换器。电压、电流转换后的数字量和功率因数值传输给CPU处理器，根据三相功率、三相能量等电参数的计算公式计算相应的各个电参数，并对计算数据做相应处理。

该方案存在电路结构复杂，参数测试误差大，编程复杂、故障排除复杂等缺点。该技术方案已不再适用于工业环境中三相电能表的电参数测量。

专用的三相电参数测试与计量技术

随着大规模集成电路的迅速发展，有关电参数测量的集成电路市场上出现了多种专用产品，针对不同的电参量可以选用不同的产品。目前，在我们国内比较流行的电量测试与计量芯片主要有美国ADI公司生产的ADE7755，美国CIRRUS LOGIC公司生产的CS5460，美国炬力公司生产的A TT7021、ATT7030、ATT7026等，国内上海贝岭公司也生产了相应的电量计量芯片。以上IC芯片在国内电能表行业中得到了广泛的推广应用，多年来的应用表明，这些IC芯片在电参数的测试与计量的应用比较稳定，计量精度满足了国家标准。采用专用的IC测试电参数已成为目前各种电能表制造厂商的首选技术方案。

其中，ATT7026、A TT7030是专用于三相电参数测量的IC芯片，外围电路配置简单，可方便地与CPU连接。

综合考虑本电能表所要实现的功能，我们选用第二种方案。ATT7030A测试计量的电参数能满足本次设计题目提出的技术要求，是一款高精度的三相电能专用计量芯片，适用于三相三线和三相四线。A TT7030A提供有功电能计量输出脉冲，微处理器可方便的对电能实现计量。

1.2.2多功能化模块的方案论证与比较

多功能化模块应包括以下几个组成部分：CPU中央处理器、外部存储器、键盘、显示、485通信接口、红外收发电路、报警电路、负荷控制电路等八部分组成。

CPU中央处理器的选择方案有两种，方案一：选用DSP处理器；方案二：选用单片机。DSP处理器具有运算速度快，处理能力强等优点，但存在价格相对较高，参考资料相对较少等缺点。单片机是目前电能表行业中普遍选用的中央处理器。比较以上两种方案，我们选用ATMEL公司的AT89S52单片机作为中央处理单元，该单片机具有较强的数据处理功能，与MCS-51完全兼容，设计使用方便。

外部存储器选择方案主要有两种。方案一：选择RAM存储器；方案二：选择FLASH存储器。RAM存储器速度快，可读写操作，但存在掉电数据丢失的缺点，为了保证数据不丢失，一般需要设计电池供电，增加了设备的体积，成本等。外部FLASH存储器具有掉电数据不丢失的优点，速度相对较慢，可以进行读写操作。由于电能表对数据存储的速度较低，数据量较少，因此，FLASH存储器是电能表行业中选择的主流芯片。我们选用X5045作为外部数据存储器，选用该型号的存储器不仅可以方便数据的存储，而且具有看门狗功能，监视CPU 的运行状态和系统的电压，保证系统的安全运行。

负荷控制电路设计具有预付费功能，即用户应先购电，后用电，用户购剩余电量达到报警值或剩余电量为零时，都要操作继电控制装置，提醒用户及时购电。

1.2.3电压电流采样方案论证与比较

目前，电能表行业中，关于电源电压、电流的采样方案主要有三种：第一种是采用电流互感器、电压互感器采样；第二种电压采用电阻分压网络采样，电流采用锰铜电阻采样；第三种方案以上两种方案的交叉组成。电流取样使用电流互感器具有过载能力强，精度高，抗干扰能力强的优点，但存在成本高，体积大的缺点；电压取样采用电压互感器同样具有过载能力强，精度高，抗干扰能力强的优点，存在成本高，体积大，校表难度高的缺点；与采用互感器取样比较电流采用锰铜电阻具有取样方便，成本低的优点，但存在过载能力弱，抗干扰能力差的缺点；电压采用电阻分压网络取样具有取样容易，校表方便、成本低的优点，但存在过载能力弱的缺点。

比较以上几种方案，结合本表的计量精度要求，电流取样采用高精度（0.1级）的电流