基于71M6521的数字单相多功能电能表的设计
一款多功能数字电能计量表的实现
一款多功能数字电能计量表的实现
黄勇坚; 熊琦; 晏政
【期刊名称】《《湖南电力》》
【年(卷),期】2008(28)3
【摘要】在分析了CS5460A工作原理的基础上,设计了一款单相数字电能表。
它采用以AT89S52单片机为控制核心和带有串行接口的单相双向功率电能集成芯片CS5460A,能实现单相电量的检测、显示、存储和查询功能,具有高灵敏度、准确、防窃电等优点。
【总页数】4页(P21-23,27)
【作者】黄勇坚; 熊琦; 晏政
【作者单位】广东省汕头市供电局广东汕头515041; 湖南工程职业技术学院湖南长沙 410151; 湖南环境保护学院湖南长沙410151
【正文语种】中文
【中图分类】TM933.4
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1.一种新型无线电能计量表的设计与实现 [J], 付晓;沈永名;孙良凯;李健
2.基于CS5460A的数字电能计量表的设计研究 [J], 晏政;刘正元
3.基于DSP的新型多功能电能计量表的设计 [J], 马云
4.一款单相数字电能计量表的设计 [J], 晏敏;李旭;侯志春;黄勇坚
5.基于CS5464芯片单相电能计量表的设计与实现 [J], 罗祖斌;朱柏寒;王平;徐鑫
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基于71M6513数字三相多功能表的设计
产品与应用基于71M6513数字三相多功能表的设计戚敏敏1王青青1孙桂萍2(I．杭申控股集团有限公司，杭州311234；2．杭州之江开关股份有限公司，杭州311234)摘要介绍了T ER I D I A N三相多功能电能计量芯片71M6513的基本功能和特点，在此基础上，设计计量精度高、工作稳定、成本相对较低的数字多功能表，实现对电能的计量(三相电流、电压，有功、无功功率)、电能脉冲的输出等功能，用于电力系统、工矿企业、公用设施、智能大厦的电力监控。
关键词：T D K；7IM6513；多功能表D es i gn of D i gi t al Si ngl e Phas eM ul t i-f unct i on M et er B as ed on71M6513O i M i nm i n W ang Q i ngqi ng Sun G ui pi ng2(1．H angs hen H ol d i ng G r oup Co．，Lt d，H a ngzhou311234；2．H angzhou Zhi j i ang Sw i t chgear St o ck C o．，L t d，H angz hou311234)A bs t r a ct T hi s paper f i r st l y i nt r oduces t he bas i c f unc t i on and fe at ur e of7M6513．O n t hef oundat i on，t o des i gn m ul t i-f unct i on m et er of hi gh—pre ci si on m eas ur em ent，w or k i ng st a bi l i t y，r el a t i ve l yl ow—c os t t han t o re al i z e t he pow e r of t he m easu r es(T hr e e—phase c ur re nt，vol t age，a c t i ve and re a ct i ve pow er)，t he out p ut of el ect r i c pul s es，and ot her f unc t i ons f or t he pow e r s ys t e m，i ndus t ri al and m i n i ng ent er pr i s es，ut i l i t i es，i nt el l i gent bui l di ng pow er m oni t or i ng．K ey w or ds：T D K；71M6513；m u l t i—f un ct i o n m et er引言71M6513足T D K公司推出的一。
基于MSP430FE425的单相多功能电能表设计
基于MSP430FE425的单相多功能电能表设计
张华彬;杨明玉;张玲玲
【期刊名称】《低压电器》
【年(卷),期】2014(000)003
【摘要】介绍了小型分布式电源并网模型及其电能计量特点.针对传统机械式、电子式电能表精度低、损耗大等缺点,设计了一款以MSP430FE425微处理器为核心的高精度单相智能电表.介绍了智能电表的硬件设计和主程序流程图.所设计电能表不仅能够精确计量电量参数,还可实现双向通信、预付费、需量计量、数据存储、防窃电和报警等功能.试验结果表明,该智能电表具有较高的计量精度,能够满足分布式电源并网对双向电能计量的功能需求,具有良好的发展应用前景.
【总页数】5页(P24-28)
【作者】张华彬;杨明玉;张玲玲
【作者单位】华北电力大学电力工程系,河北保定071003;华北电力大学电力工程系,河北保定071003;华北电力大学电力工程系,河北保定071003
【正文语种】中文
【中图分类】TM933.4
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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。
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。
基于71M6513数字三相多功能表的设计
基于71M6513数字三相多功能表的设计
戚敏敏;王青青;孙桂萍
【期刊名称】《电气技术》
【年(卷),期】2008(000)011
【摘要】介绍了TERIDIAN三相多功能电能计量芯片71M6513的基本功能和特点,在此基础上,设计计量精度高、工作稳定、成本相对较低的数字多功能表,实现对电能的计量(三相电流、电压,有功、无功功率)、电能脉冲的输出等功能,用于电力系统、工矿企业、公用设施、智能大厦的电力监控.
【总页数】4页(P70-73)
【作者】戚敏敏;王青青;孙桂萍
【作者单位】杭申控股集团有限公司,杭州,311234;杭申控股集团有限公司,杭州,311234;杭州之江开关股份有限公司,杭州,311234
【正文语种】中文
【中图分类】TM7
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1.基于71M6513的三相多功能电能表设计 [J], 刘鹏;滕召胜;周良璋
2.基于 STM32与 AD7606的高精度和快速响应数字多功能表的设计 [J], 徐国明;徐燕明;曹达;袁建香;李生辉
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4.基于MSP430的高精度低功耗数字多功能表设计 [J], 戚甫峰
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新型多功能单相智能电表研究与设计
新型多功能单相智能电表研究与设计作者：陈启健来源：《电子技术与软件工程》2017年第07期摘要电表发展的过程与信息技术发展有着密切的联系，目前我国每天用电量和耗电量都是极大的，因此需要使用与电网系统融为一体的电表，这样可以满足精准抄表和远程控制的要求。
因此，在原有电表的基础上进行设计，实现新型多功能单相智能电表的全面使用。
本文主要针对新型多功能单相智能电表的设计原理，软件设计，硬件设计抗干扰设计等内容进行详细的分析，从而为我国新型多功能智能电表的发展提供一点助力和帮助。
【关键词】新型多功能单相智能电表设计原理软件设计硬件设计抗干扰设计目前我国单向智能电表的应用逐渐在普及，作为电力系统的终端，不再独立于电网系统之外，而是利用电网数据传输系统，实现了远程操控，精准读数和抄数的功能，及时的交换数据信息，并且进行存储，保证数据记录的准确性。
因此，本文主要针对新型多功能单相智能电表的设计和研究进行分析，主要针对设计新型多功能单相智能电表的设计原理、软件设计、硬件设计以及系统的抗干扰的设计进行详细的分析，从而促进我国的新型多功能单相智能电表的发展。
1 新型多功能单相智能电表设计原理新型多功能单相智能电表的设计原理是依据测量原理进行设计的。
首先，测量原理主要是依据电表信号输入的方式的不同会产生一定的误差值，关系到信号的精准度，所以，需要选择精准的电力数据采样的方式。
信号输入方式有两种，分别是电阻采用和互感器。
而一般选择的采用方法为同步采样，或者是准同步采样，还可以选择非同步采样。
由于采样方法的定义可以了解到，同步采样是非同步采样的一种特殊采样方法，就是当非同步采样变化周期为零的时候，就会变为同步采样。
因此，新型多功能单相智能电表的数据采样一般采用的就是非同步采样定理，并且需要对电参数进行计算，从而平衡和控制影响新型多功能单相智能电表采样的因素，确保数据采集的真实有效性。
2 新型多功能单相智能电表硬件设计新型多功能单相智能电表硬件设计主要包括了四个部分，第一部分是信号采集计量模块，第二部分是MCU数据存储模块，第三部分是显示按键及报警模块，第四部分则是通信接口。
基于71M6513的三相多功能电能表设计的开题报告
基于71M6513的三相多功能电能表设计的开题报告1.项目背景三相多功能电能表是一种高精度、高可靠性的智能电能测量、计量和管理装置，可以实现电能检测、累积、时段峰谷管理、远程抄表等功能。
市场上的三相多功能电能表大多采用单片微处理器作为控制核心，但在性能、存储容量、运算速度等方面存在限制。
而基于ST公司的71M6513三相多功能电能表控制芯片，可进一步提高电能表的精度、稳定性和功能性。
2.项目目标本项目旨在设计和实现基于71M6513的三相多功能电能表，包括硬件和软件两个方面。
具体目标如下：（1）完成电能测量、计量、峰谷管理等基本功能的设计和实现；（2）具有多通道AD采集、DSP数字信号处理和LCD显示功能；（3）具有可扩展的通讯接口、远程升级等功能。
3.技术方案（1）硬件设计：本项目主要由三部分组成，即前端电路、控制核心和显示部分。
前端电路包括电压采样电路、电流采样电路和电源电路等；控制核心采用ST公司的71M6513三相多功能电能表控制芯片；显示部分采用LCD模块显示数据。
所有模块会在PCB板上进行布局和连接，形成完整的系统。
（2）软件设计：基于71M6513核心的软件设计包括实时系统和应用系统两部分。
实时系统主要包括时钟系统、中断系统、定时器系统和存储器系统等；应用系统主要包括ADC采样、计算、存储，数据传输，显示等功能。
4.实施计划（1）第一阶段（1个月）：熟悉电能表控制芯片的原理、功能和规格。
完成硬件设计基础工作，包括原理图设计、PCB设计、器件选择等。
（2）第二阶段（2个月）：完成电能表软件设计，包括实时系统和应用系统两部分。
实现基本的功能，如电能测量、计量、峰谷管理等。
（3）第三阶段（1个月）：完成电能表系统整合测试，包括功能测试、性能测试、稳定性和可靠性测试等。
并进行相关修复和优化。
5.预期成果本项目的预期成果包括硬件和软件两个部分。
硬件部分为基于71M6513的三相多功能电能表，具有高精度、高可靠性、多功能等特点；软件部分包括实时系统和应用系统，可实现电能测量、计量、峰谷管理、多通道AD采集、DSP数字信号处理、LCD显示等功能，并具有可扩展的通讯接口和远程升级等特点。
基于71M6513的三相多功能电能表设计
收稿日期:2008-04-16作者简介:刘鹏(1983 ),男,硕士研究生,主要研究方向为智能仪器及信息处理;滕召胜(1963 ),教授,博士生导师,主要研究方向为智能检测与智能控制基于71M 6513的三相多功能电能表设计刘 鹏1,滕召胜1,周良璋2(1.湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙 410082;2.杭州海兴电器有限公司,浙江杭州 310011)摘要:设计了一款基于71M 6513的单芯片结构多功能电能表,介绍了71M 6513的芯片特点,讨论了电能表的系统设计方案,重点介绍了计量前端的接口设计,探讨了电能表的误差修正方法。
这种单芯片电能表设计有效降低了成本、提高了可靠性。
检验结果表明,仪器的有功电能测量误差 0.5%,符合I EC62053和AN SIC12.20的性能与功能要求。
关键词:71M 6513;电能表;误差修正中图分类号:TP216 文献标识码:A 文章编号:1000-8829(2008)11-0007-04D esign of Three PhaseM ult-i Function EnergyM eter Based on 71M 6513L IU Peng 1,TENG Zhao -sheng 1,ZHOU L iang -zhang 2(1.Coll ege of E l ectrical and Infor m ati on E ngi neeri ng ,Hun an Un ivers it y ,Changsha 410082,Ch i na ;2.H angz hou H ex i ng E l ectrical Co .,LTD ,H angz hou 310011,Ch i na)Abstrac t :The three phase m ult-i function energy m eter based on si ng le chip 71M 6513is desi gned .The charac teristi cs of 71M 6513are i ntroduced .T he sy stem desi gn sche m e o f energy m eter is discussed .The i nterface desi gn o fm easurem ent is espec i a lly presented .T he correcti on m ethod o f error i s d i scussed .T he desi gn o f energy m ete r based on si gnle ch i p reduces the cost and enhances the relia -b ilit y .The test result s how s that the acti ve energy erro r o f t h is three phase mu lt-i functi on energy m eter i s less than o r equa l to 0.5%.T he instru m ent m eets the perfor m ance and f uncti ona l require m ents o f IEC62053and ANS I C12.20.K ey word s :71M 6513;ene rgy me ter ;error correc ti on 目前国内外多功能电能表一般采取如下两种设计方案:第一种方案是采用 专用电能计量芯片+M CU ;第二种方案是采用 AD 采样+DSP+M CU [1~4]。
单相多功能电能表参考设计方案
单相多功能电能表参考设计方案
寻求一个低成本、优质的方案一直是电能表行业所追求的目标。
随着电力
改革，新技术的推进及分时电价的调整等用电政策的出台，国家电网公司出台
了电能表的新标准，为此，中电公司设计出单相多功能电能表参考解决方案，
来满足市场的需求。
电能表采用了飞思卡尔MC9S08MZ60微控制器为控
制核心，整合了CEACSZ、Epson、NS、贝岭BL6523、BL55076等重点高性能器件。
整体电能表系统结构如图1。
当电能表接入交流电路，BL6523对电流电压信号进行采样，两端电流
信号和电压信号先后分别经高精度的模数转换(ADC)将模拟信号转换为数字信号，然后通过采样滤波器、高通滤波器滤去高频噪声与直流增益，得到需要的
电流采样数据和电压采样数据，如图2所示。
其中电流电压瞬态值是将电流采样数据和电压采样数据相乘得到，电流
电压瞬态值经过低通滤波器输出平均有功功率。
将电流电压采样数据分别通过
平方电路、低通滤波器、开平方电路得到电流有效值和电压有效值。
BL6523对输入数字信号进行处理，完成数字滤波、过零检测、相位校
正后得到数据，经过时间积分累计计算获得电能计量。
计量芯片BL6523集成
一个SPI接口，通过SPI接口与MCU(MC9S08MZ60)之间进行计量参数以及校表参数的传递。
MCU中断捕获并对电量脉冲进行计数，并查询记录电量方向。
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仅供参阅！。
多功能电能表设计
功能模块 计量
存储器 RTC 通讯接口
存储器 计量 MCU
LCD MCU 通讯
资源需求 带方向的有功无功计量
FLASH及EEPROM需要有相应的容量 需要RTC 至少需要两路UART
FLASH及EEPROM需要有相应的容量 提供电压/电流检测 占用相应的GPIO数量
v(t) 2.V.sint
i(t) 2.I.sin(t q)
Wt vtit V I cosq V I cos2t q
有功功率值P为瞬时有功功率的直流分量部分，即P = V.I.cos(q)
12
无功功率计算
无功功率的计算可以通过将电流或电压之一移相90度后与另外一个 通道结果相乘得到 – Hilbert变换
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多功能电子式电能表设计
第1部分：前言
内容概述
电子式电能表设计的一些基本方法 整表方案设计思路 各功能模块设计软硬件设计要点 常见问题案例分析 设计中的一些注意事项
CT 电阻分压
CT 电阻分压
CT 电阻分压
单相计 量芯片
单相计 量芯片
单相计 量芯片
SPI/GPIO
MCU UART
LCD
RTC
其它输入 输出外设
变压器A 变压器B 变压器C
整流 稳压
电源1 电源2
光电隔离 RS485
25
方案1 vs 方案2
方案1：电流互感器+3相计量芯片
最典型的三相多功能表方案 电流互感器的隔离使得计量芯片与MCU之间可以直接连接且共用同一组
多功能数字电能表的设计
摘要随着我国经济的飞速发展，电能消耗日益增加，电能成为现代社会国民经济和人民生活的重要保障。
单相电子式电能表以其计量程度高、成本低等优势在我国开始逐步推广使用。
文章概述单相电子式电能表的发展与需求，介绍单相电子式电能表的原理与优点，提出单相电子式电能表的设计方案。
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、CS5460电能表计量芯片模块和前端电路调理模块八部分组成。
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RS-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。
关键词CS5460；AT89S52；MAX232通讯；OCMJ4X8CM-I-AbstractAlong with the rapid development of China's economy, power consumption, increasing power becomes the modern society of national economy and people's life important guarantee. Because the degree of the single-phase watt-hour meter measure is high, low cost advantage in China began to gradually spread the use of it. Developed so far, the measurement circuit technology already from the analog circuit improve on time-multiplier for digital multiplier another one circuit, the market share has amounted to more than 60%. In the international market, China's production of single-phase watt-hour meter with strong competitiveness and wide prospect of market.This article summarizes the development of single-phase watt-hour meter and demand; this paper introduces the principle of single-phase watt-hour meter and advantages, and puts forward the design scheme of single-phase watt-hour meter.This system is mainly revealed the module, keyboard module, clock module, store module, communicate module, CPU module, CS5460 electric energy meter chip module and front circuit look after the part of the module to make up. The front circuit recuperates the module and adopts electric current mutual inductor and 5A/2.5mA electric current mutual inductor and accurate resistance of 2mA/2mA to realize the conversion of the city electricity, and adopt RC to strain the wave network and strain the wave, then adopt measure chip, CS5460 of chip, realize to electric current, voltage, measurement and conversion of electric energy by new electric energy of Company, CRYSTAL of U.S.A.; The clock module adopts DLS1302 clock chip to offer the clock basis for system, stores the module and adopts AT24C16, offer the data for system tostore; Reveal the module uses OCMJ4X8CM liquid crystal, the communication module adopts Max232 chip, and utilize CPU module that AT89S52 makes up to control the work of all chips; Measure, calculate electric energy, send to is shown the module and stores the module and pays revealing and storing in real time, send PC to location plane go on reveal and this electric energy meter have GPIB address also synchronously through standard RS-232 interface, so that the control over electric energy of administrative system of electric energy.Keywords CS5460; AT89S52; 232communication; OCMJ4X8CM- II -目录摘要 (I)Abstract (II)第 1 章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 研究目的与意义 (2)1.3 电子式电能表的发展及技术优势 (3)1.4 论文研究内容 (4)第 2 章总体方案设计 (5)2.1 单相电子式电能表的工作原理 (5)2.2 设计功能要求 (5)2.3 系统的整体设计方案 (5)2.3.1 电能计量部分 (6)2.3.2 前端调理电路部分 (10)2.3.3 主控芯片 (11)2.3.4 显示部分 (11)2.3.5 通信模块 (13)2.3.6 时钟模块 (13)2.3.7 存储部分 (15)2.4 本章小结 (16)第 3 章系统硬件设计与实现 (18)3.1 直流稳压电源的设计 (18)3.2 前端电路调理模块的设计 (18)3.2.1 电压调理部分 (18)3.2.2 电流调理部分 (18)3.3 电能测量模块的设计 (19)3.4 通讯模块的设计 (20)3.5 液晶显示的设计 (20)3.6 键盘的设计...................................................................................................... .21 3.7 本章小结 (21)第 4 章系统软件流程图的设计 (23)4.1 主流程图 (23)4.2 系统初始化 (23)4.3 系统初始化 (23)4.3.1 系统参数自校正模块 (24)4.3.2 电量测量功能模块 (25)4.3.3 电能鉴定功能模块 (25)4.4 系统初始化 (25)4.5 本章小结 (26)第 5 章系统的硬件调试及误差改进措施 (27)5.1 硬件调试 (27)5.2 功能测试 (27)5.3 误差的定性分析及改进措施 (29)5.3.1 空间电磁场的抗干扰设计 (29)5.3.2 模拟通道与数字通道之间抗干扰设计 (29)5.3.3 电源和接地系统的抗干扰设计 (31)5.3.4 印刷电路板抗干扰设计 (32)5.4 本章小结 (32)结论 (33)致谢 (34)参考文献 (35)附录B (41)第1章绪论1.1 课题背景电能是社会生产和人民生活必需的重要能源,随着国家的发展和人民生活水平的不断提高我国对电力的需求急剧上升,电力供应出现了相对不足,一些地区和一些企业能耗非常高,一些省份和地区出现电力短缺问题,这不但阻碍国民经济的发展,也妨碍了人民的生活,所以电能的节约与电能的有效利用具有非常重要的意义。
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。
新型单相多功能电能表的设计
新型单相多功能电能表的设计王梦玲;邱益农【摘要】利用ATT7025单片机,结合LonWorks控制网络技术,开发设计了一种集遥控、遥信、遥测及定时控制于一体的单相电子式多功能电能表,该表具有LonWorks双绞线或LonWorks电力线或RS485多种通信接口;简要描述了单相电子式多功能电能表的系统结构,并阐述了LonWorks控制网络技术和ATT7025微处理器各自的特点和优势.【期刊名称】《江苏电机工程》【年(卷),期】2012(031)001【总页数】2页(P67-68)【关键词】控制网络技术;通信接口;多功能;电能表【作者】王梦玲;邱益农【作者单位】南京供电公司,江苏南京210008;江苏联宏自动化系统工程有限公司,江苏南京210036【正文语种】中文【中图分类】TM933.4随着大型公共建筑智能化的进一步推广，市场急需符合Lonworks技术标准的各种电能表。
目前绝大部分单相电能表不同时具备测量、遥控、定时控制及过流或过载保护等功能，且几乎都是RS485通信接口，其存在以下不足：不支持多种通信介质；只能是总线式拓扑结构；通信距离短、节点容量小，抗干扰能力差；只能是主从式通信。
本文采用LonWorks技术，结合ATT7025微处理器设计了一种能实现测量、遥控、定时控制及过流或过载保护于一体的单相多功能电能表。
1 LonWorks控制网络技术LonWorks是由美国Echelon公司开发的一种完整的、全开放的、互操作性强、可靠性高、成熟的分布式控制网络技术，它支持多种通信介质包括双绞线、电力线、无线（RF）、红外（IR）、同轴电缆和光纤；常用的双绞线传输速率达78Kbps/S，传输距离达2700m；电力线传输速率5.4Kbps/S，传输距离300～30 km；支持多种网络拓扑（包括总线型、星型、环型、自由拓朴），在同一个网域内，还可以通过中继器、网桥、路由器将多个网段或子网联接成一个大的网域，一个网域内可支持3万多个节点；LonWorks技术的核心是LonTalk通讯协[1]，该协议提供一整套完善的通信服务，使装置中的应用程序能在网上对其他装置发送和接收报文而无须知道网络拓扑、名称、地址或其他装置的功能,所有采用LonWorks技术的产品都遵循LonTalk通信协议，因此不同厂家生产的带LonWorks接口的产品都可以很方便地接入同一个LonWorks网络系统中去。
基于71M6534H的新型多功能电能表的设计与实现
0引言电能计量是电力企业经营活动的基础以及电力生产管理和电网安全运行的重要环节，其技术水平的高低不仅关系到电力工业的发展和电力企业的形象，而且影响电量交易结算的公平、公正和准确、可靠，直接关系到电力企业和电力用户的经济利益。
近年来，电子式电能表在国际、国内得到了迅速推广。
国外许多IC（Integrate Circuit）厂家不失时机的推出了各种电子式电能表专用芯片。
目前国内较为常用的电子式电能表芯片有美国CIRRUS LOGIC公司的CS5460A、CS5463A、美国ADI公司的ADE7758、珠海炬力公司的ATT7022等。
随着集成电路工艺的进步和人们对集成电路性能以及上市时间要求不断提高，集成电路技术发展到了系统级芯片（System-on-Chip,SoC）[1]。
基于嵌入式系统与微电子技术的飞速发展，SoC芯片得以将CPU、存储器和I/O设备集成到一个硅片上，并以其集成度高、可靠性好、产品问世周期短等特点逐步成为当前嵌入式系统设计技术的主流[2]。
71M6534是TERIDIAN半导体公司推出的一款专用电能计量芯片，外围电路简单，设计方便，计量精度高：在超过2000:1范围内（71M6534H型）有功计量精度优于0.1%。
本文基于电能计量SoC芯片71M6534H设计了一款新型三相电子式多功能电能表。
该电能表具有计量正向与反向有功电能、正反向无功电能、四象限无基于71M6534H的新型多功能电能表的设计与实现韦朝云1,2，桂卫华1，李先怀2，彭熹1,3（1.中南大学信息科学与工程学院，长沙410083；2.威胜集团有限公司，长沙410205；3.湖南省超高压管理局，长沙410004）摘要：系统级计量芯片（SoC）的走向实用为多功能电能表的设计提供了提高精度、增强功能、降低成本的空间。
本文提出了一种基于71M6534H计量芯片的新型多功能电能表的设计方法，通过说明71M6534H芯片的工作原理，简化了多功能电能表的电路设计，并给出了该多功能电能表的实际电路结构。
基于71M6521的数字单相多功能电能表的设计
上， 设计了计量精度高 、 工作稳定 、 成本相对较低 的数 字单 相多功能 电能 表 ， 以实现对三 相 电流 、 电压 ， 有功 、 无功功率 ， 电能脉 冲的输 出等的计量 该数字单 相多功能表可用 于
电力 系统 、 矿 企 业 、 能 大 厦 的 电力 监 控 。 工 智 关键 词 ： 量 ； １ ６２ ；多 功 能 电 能 表 ；单 相 ；电 力 监控 计 ７Ｍ ５１ 中 图 分 类 号 ： Ｍ９ １ 文 献 标 识 码 ：Ｂ 文章 编 号 ：１０ —５ １ ２ ０ ） ００ ０ － Ｔ ３ ０ １ ３ （ ０ ８ ２ －０９０ ５ ４
ｌ ７ ６２ １ ５ １芯片功 能介 绍 Ｍ
Ｔｒ ｉ ｅｉ ａ 司生 产 的７ Ｍ６２ 是 一 个 高 度 集 ｄ ｎ公 １ ５１ 成的 Ｓ Ｃ（ Ｏ 系统 级 芯 片 ） 包 括 ＭＰ 内核 、 Ｔ ， Ｕ Ｒ Ｃ、 Ｆａｈ和 Ｌ Ｄ驱 动 器 。 另 外 ， 芯 片 还 配 备 了 １ ｌｓ Ｃ 该
当了一部分 成本。本 文 中的设 计使用 了计量 ＋
ＭＰ Ｕ结合 在一 起 的专 门 电能 芯 片 ， 成 本相 当于 其
传统多功能电能表 中的电能计量芯片 ， 节省 了微 控 制器 的开 销 ， 而且 使用 了较 少 的外 围 电路 ， 计 设
方便 ， 比传统 电能 表成 本更 低 。
Ｑ ｎ ｎ， Ｗ Ｎ ｉ ｑ ｇ ｔ ｍｉ Ａ Ｇ Ｑｎ ｉ Ｍｉ ｇｎ （ ａ ｇｈ ｎＨ ｌｉｇＧ ｏｐ ａ ｇｈ ｕ３ ３ ，Ｃ ｉａ Ｈ ｎ ｓｅ ｏｄｎ ｒｕ ，Ｈ ｎ ｚｏ ４ ｈｎ ） １２ １
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｂ ｓｅ ｆ ｎ ｔ ｎ ａ ｄ ｆ ａｕ ｅ ｏ ｉ ｇｅ ｐ ａ ｅ ｎ ｉ ｕ ｃｉｎ ｅｅ ｔｉ ｅ ｅ ｇ ａ ｕ ｅ ｎ ｈｐ ｈ ａ ｉ ｕ ｃ ｉ ｎ ｅ ｔ ｒ ｆ ｓ ｌ ｈ ｓ ｍｈ — ｎ ｔ ｌｃ ｒ ｎ ｒｙ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｃ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｃ
多功能单相数字电度表[发明专利]
![多功能单相数字电度表[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/ea9e23c80066f5335b81212b.png)
专利名称：多功能单相数字电度表专利类型：发明专利
发明人：何积军
申请号：CN200310100837.5
申请日：20031006
公开号：CN1605875A
公开日：
20050413
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种实现单相数字电度表多功能的架构，包括3路模拟数字转换器(ADC)、至少2组有效值运算单元、窃电判断单元、至少1路功率运算单元和至少1路数字频率转换单元，模拟数字转换器完成模拟信号到数字信号的转换。
有效值计算单元对模拟数字转换器的输出结果作有效值运算，结果为窃电判断单元的输入信号。
窃电判断单元包括窃电判断逻辑电路和一个可读写的寄存器，该寄存器可以根据不同的应用环境设置不同的防窃电判断标准值，窃电判断逻辑电路根据运算得到的2路电流的有效值和寄存器内设置的值，进行判断运算，送出窃电标志信号和正确的参加功率运算的电流瞬时值；功率运算单元计算出能量功率，数字频率转换单元完成所求能量的脉冲输出转换。
申请人：珠海炬力集成电路设计有限公司
地址：519085 广东省珠海市唐家湾镇哈工大路1号15栋1单元1号
国籍：CN
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戚敏敏(1983 ),男,助理工程师,研究方向为电力仪器仪表及电力通信。
基于71M 6521的数字单相多功能电能表的设计戚敏敏, 王青青(杭申控股集团,浙江杭州 311234)摘 要:介绍了单相多功能电能计量芯片71M 6521的基本功能和特点。
在此基础上,设计了计量精度高、工作稳定、成本相对较低的数字单相多功能电能表,以实现对三相电流、电压,有功、无功功率,电能脉冲的输出等的计量。
该数字单相多功能表可用于电力系统、工矿企业、智能大厦的电力监控。
关键词:计量;71M 6521;多功能电能表;单相;电力监控中图分类号:TM 931 文献标识码:B 文章编号:1001-5531(2008)20-0009-04D esign of D i gital Si ngle PhaseM ult-i FunctionE lectric Energy M eter Based on 71M 6521QI M inm in, WANG Q i n gqing(H angshen H o ldi n g Group ,H angzhou 311234,Ch i n a)A bstrac t :T he bas i c f unc ti on and feature o f sing le phase m ult-i f unc tion electr i c energy m easurem ent ch i p 71M 6521we re i ntroduced .The dig ital sing le phase mu lt-i functi on e l ec tric energy m eter o f h i gh -prec i sion m easure -m ent ,stab l e running ,re l a ti ve l y l owe r co st ,w as desi gned ,and the measure m ent o f three -phase current ,vo ltage ,acti ve and reactive power and t he output of e l ec tric pulse w ere rea lized .It cou l d be used f o r the po w er m on itor i ng o f the powe r system,i ndustria l and m ini ng enterpr ises ,i nte lli gent bu il d i ng .K ey words :m eas u re m en t ;71M 6521;mu lt-i function electric en ergy m eter ;si ngle phase ;po w er m on-i tor i ng王青青(1982 ),男,助理工程师,研究方向为电力仪器仪表与PLC 。
0 引 言传统的多功能电能表采用专门的电能计量芯片和微控制器结合的设计电路,两块芯片各自承当了一部分成本。
本文中的设计使用了计量+M PU 结合在一起的专门电能芯片,其成本相当于传统多功能电能表中的电能计量芯片,节省了微控制器的开销,而且使用了较少的外围电路,设计方便,比传统电能表成本更低。
1 71M 6521芯片功能介绍Ter i d ian 公司生产的71M 6521是一个高度集成的SOC (系统级芯片),包括MPU 内核、RTC 、F l a sh 和LCD 驱动器。
另外,该芯片还配备了1个22b it 的 - ADC 、4个模拟输入、数字温度补偿、精密参考电压和32b it 电能计算引擎,能够广泛地用于住宅电能表,而且只需要极少的外部元器件。
整个系统由32.768kH z 晶体提供时基。
系统电源掉电后RTC 及部分I /O RAM 的内容由电池备份。
该I C 支持2线、3线和4线单相及两相住宅计量以及窃电检测。
由于片内集成了两个UART 、I 2C / W ire 、多达18个数字I /O 引脚及可编程Flash ,该芯片具有较高的设计灵活性,可以在运行中对数据或者应用编码进行升级。
另外,它易于转换成ROM,在大规模应用时具有较高的成本优势。
2 硬件设计2.1 信号采集信号采集电路如图1所示。
对电压和电流的9现代建筑电气篇图1 信号采集采集分别采用了5mA /5mA 的电压互感器和5A /5mA 的电流互感器。
使用互感器能有效地与外部强电进行隔离,不足之处就是引进了额外的相位差。
5mA /5mA 的电压互感器输入端产生有效值为5mA 的电流时,输出端感应到有效值为5mA 的电流。
当电压互感器初级端输入有效值为220V 的交流电时,初级线圈端就产生电流:I UA =U AR 39(1)计算得I UA =1.47mA 。
查该芯片的数据手册得,引脚VA 和V3P3D 间的压差不能超过250mV,需要选择合适的采样电阻阻值。
该方案中选择了47 采样电阻R 40。
同理,5A /5mA 的电流互感器输入端输入有效值为5A 的电流时,输出端感应到有效值为5mA 的电流。
该方案选择了12 采样电阻R 42。
图1中VD8、VD9和VD10、VD11主要是来吸收电路中出现的高电平脉冲,保护芯片的模拟口。
R 41、C 18和R 43、C 19各自组成了各级的RC 低通滤波电路,截止频率f c 为f c =12 RC(2)把R =1k ,C =33nF 代入式(2),得f c =4823kH z 。
2.2 控制部分电路控制部分主要由71M 6521及外围电路(仿真接口、电压监测电路)以及外扩铁电组成,如图2、图3所示。
可以用示波器观察引脚T MUXOUT31来判断时钟是否正常。
外扩铁电可根据用户的不同要求保存系统参数等。
F M 24CL04是用先进的铁电技术制造的4KB图2 71M 6521连接电路图的非易失性铁电随机存储器。
FRAM 具有非易失性,并且可以像RAM 一样快速读写数据。
在掉电状态下,数据可以保存10a ,比E 2PROM 或其他非易失性存储器可靠性更高,系统更简单。
与E 2PROM 不同,F M 24CL04以总线速度进行写操作,没有任何延时。
数据送到FM 24CL0410图3 外围电路及外扩铁电后直接写到具体的单元地址,下一个操作立即执行。
F M24CL04可以无限次读写,写操作寿命比E2PROM高。
此外,FRAM在写操作中比E2PRO M 耗电少,因为其写操作不要求内部电路提高写操作电压。
2.3 显示、按键电路四位一体数码管结合发光二极管构成了显示界面,由于芯片I/O口的输出电流不能驱动发光管,因此用三极管9013进行扩流。
整个显示电路采用动态扫描,74HC595用作片选信号,软件设计了5m s扫描时间,74HC164用于数据传送。
对键盘的扫描使用了片选信号和KEY信号。
初始化时,KEY输出高电平,片选信号不断进行扫描,没有键按下时,KEY为高电平,当片选信号扫描到某个按键时,该按键按下,KEY就会被拉低,可以通过查询KEY电平或采用中断的方式,来判断哪个功能键被按下。
例如:KEY脚高电平,K4键按下,先扫描LED_CS1,该片选脚(LED_ CS1)为高电平,其他片选脚(LED_CS2、LED_ CS3、LED_CS4)为低电平,KEY脚电平不变,保持为高电平。
当扫描到LED_CS4时,根据电阻分压,KDI G12处的电压为1.1V,K4导通,KE Y脚被拉低,由此可以判断K4按下,调用相应的函数。
处理完毕后,再把KEY置高电平,等待下一次按键按下。
3 软件设计图4、图5所示是主要的软件设计流程图。
电能表软件采用C51编写,主要实现电能计量、图4主函数流程图(a)定时器0中断子函数(b)定时器1中断子函数图5 定时器中断子函数流程图显示、参数和电能的保存、电能脉冲的输出等基本功能。
I C内部的CE模块是一个专用的32b it数字信号处理器,用来执行准确计量电能所需的精确运算,因此在进行电能计量的过程中,只要读取相应寄存中的数值,并进行一定的处理,如乘以相应的变比。
在对铁电操作过程中,没有使用芯片11现代建筑电气篇内部自带的II C模块,而是通过使用I/O口进行模拟。
在软件的设计过程中,通过不断地发现问题、解决问题,使电能表功能越来越完善。
4 结 语该电表通过专用芯片实现全数字设计,具有电能计量的功能。
实际应用表明,该单相多功能电能表计量精度高、工作稳定、成本低,是用电系统中理想的用户用表,应用前景广阔。
同时,设计过程中的一些思路和方法,对其他电能表的设计也具有一定的参考价值。
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该设计具有以下优点:(1)Roo m A gent具有自学习能力,能够独立决策,可以最大程度地实现房间的舒适化目标;同时Roo m A gent设计为简单的变结构控制,可根据室内情况选择合适的模式,达到降低能耗的目的。
(2)Agent之间的基本关系是协作型的。