分时计费电能表

分时计费电能表的设计添加时间: 2009-12-23 11:00:05 文章来源: 文章作者: 点击数:502一绪论在市场经济下，电是不能储存的特殊商品，白天用电多，晚上用电少，用电高峰时电力供不应求，用电低谷时电力大大过剩，这对电力生产和电网调度都带来了难题。

电网负荷不断变化，有时出现用电高峰，有时出现用电低谷。

在发、供电设备容量一定的情况下，当电网负载处于高峰时，由于电力负荷大于发电机出力，导致电网频率降低，甚至危及系统的安全运行；当电网负荷处于低谷时，由于发电机出力明显减少，使得发供电设备容量不能充分利用，系统运行很不经济。

为解决电力供求矛盾，特别是用电高峰时的矛盾，以前在不扩大设备容量的情况下，主要通过行政手段拉电解决。

现又增加了一种经济调控手段，认为提高负荷高峰时电能的售价，降低负荷低谷时的电能售价，即实行分时价。

从经济上鼓励低谷时间多用电，鼓励非连续生部门避开高峰负荷用电，削峰填谷。

分时计费电能表在此背景下应运而生。

要推行多种电价制，除国家要制定有关法规和准则外，还必须要有相关的测量设备。

所谓分时计费电能表也称复费率电能表或称为多费率电能表，是根据每天用电的峰、平、谷的实际情况，分时段地进行计量，以作为分时电价结算的依据。

分时段计费的多费率电能表早期主要用于工业用户，随着我国家庭用电量的不断增加和我国电业市场的商品化改革，近一年来分时段计费电能表的使用量与去年同期相比增长了238％，而传统电能表使用比去年同期下降24％。

今年国家还修订了分时计费电能表的标准，即GB/T15284-2002《多费率电能表特殊要求》与此相适应的分时电能表的专用集成电路也相继面世，这必将为分时机费电能表的发展提供更广阔的前景。

二分时计费电能表的总体设计分时电能表在设计时应考虑硬件和软件。

在硬件的电路设计中主要是单片机以及单片机的扩展、LED显示、键盘设计等。

用汇编语言编写软件，重点是中断系统的设计、电脑时钟程序的编写、特殊功能键处理程序。

2.1分时计费电能表设计标准经国家技术监督局批准，国内于1995年首次发布了“复费率（分时）电度表标准”（GB/T15284294）。

实施了若干年后并参照IEC规范，经修订，国家质量监督检验检疫总局于2002年8月5日发布了代替GB/T1528494的新标准——“多费率电能表特殊要求”（GB/1528422002）标准规定了固定安装的，测量参比频率为50Hz（或60Hz）交流有功和/或无功电能的多费率电能表的分类、要求、试验方法和检验规则等。

在标准的“要求”部分，GB/T1528422002对电能表的功能、机械电气、准确度、气候条件、电磁兼容、输出装置、电能示值误差和平均寿命等的特殊要求作了规定。

比如，它应具有下列基本功能：有日历、时钟。

在24h内至少可任意编程8个时段(最小间隔15min)，至少有2个费率计数器。

至少存储上月总电能和各费率电能量值（被测量值可用机电计数器或电子显示器显示），通过数据通信接口可以读出。

（每月只允许一次）时间指示偏差±10min内的校准功能。

对电子显示器具有自检、计数器复零（应有防止非授权人进行操作的措施）及显示方式选择等功能应能记录最后一次编程日期及已编程的总次数。

根据用户需要，还可以增加功率反向指示及事件记录（单相表）功能，分相计量及事件记录（三相四线静止式表）功能，节假日及特殊日的费率时段，失压记录及失压计时等功能。

2.2分时计费电能表的系统框图图2-1 分时电能表的系统框图2.2.1测量单元电能表（不论三相或单项）的旋转铝盘上拾取光脉冲，最简单的方法是在铝盘上打一个很小的检测孔，铝盘每转一圈，给出一个脉冲信号，经光电耦合并加以放大整形，转换成电脉冲。

电能表铭牌上标有“转/kw·h”，即它的转数每达到这一数值便是用了一度电。

现在，我们将电脉冲从8031的T1端输入进行计数，就代替了机械计数，为单片机控制奠定了基础，实现分时计费电能表提供前提。

2.2.2 单片机及其功能单元（1）电脑时钟多费率电能表中必须设置准确的实时时钟，保证时段的正确切换。

在现实中经常用电脑时钟。

电脑时钟的内部晶振频率要高，一般采用12MHz，这样就在处理中断和计时所产生的误差就在允许的范围之内。

（2）单片机接收用电量信息，累计电能脉冲，按时段处理电能数据，控制显示器按要求显示和实现通信功能等。

常用器件有PIC16 系列单片机、MCS-51系列单片机。

（3）操作键用来实现特殊的不同功能。

如：按下F键各累计用电量和累计电费清零，象征供电部门按月抄表、记取电费后清零，使下个月用电重新开始累计。

（4）存储器主要用来存储各个时段的用电量、电能表常数、时间参数和控制程序等。

如：要把不同计费时段的用电度数分别存放在不同的存储单元里，然后各乘以不同的单价，再把其积相加求得总的电费。

要解决这一问题，需用到一个绝对的时间标准，用电脑时钟，把计费段时间存储起来，在各时段分时开始时向8031的INT0端发出中断请求信号，从而在不同的计费段转向执行不同的电费结算子程序。

（5）显示器电子显示器由LED 数码管或LCD 液晶显示板与相应的驱动电路构成。

2.2.3电源用来向表内的单片机、测量单元、接口和电脑时钟等电路供电。

多费率电能表的电源一般由AC/ DC电源和后备电源两部分构成。

交流市电经电源变压器降压再经整流、滤波、稳压，输出稳定的直流低电压，向表内电路供电，同时将交流电网与表内电子电路隔离开来。

外部断电时，电源电路立即产生“停电”信号和转入后备电源供电。

备用电源由后备电池（锂电池）和储能电容构成。

正常工作情况下处于“充电”状态；故障期间投入运行，保证实时时钟计时的连续性和不丢失重要数据。

三分时计费电能表分时计费电能表包括两大部分：第一部分是电脑时钟，它是为了实现分时计费电能表的智能化和准确性而设计的。

第二部分是分时计费电能表，利用第一部分中设计的电脑时钟计时和分时间段，由单片机控制实现分时计量电能和显示不同时段的电费值。

3.1 电脑时钟电脑时钟是分时计费电脑表的重要组成部分。

分时计费电能表中必须设置准确的实时时钟，保证时段的正确切换。

电脑时钟的内部晶振频率要高，一般采用12MHz，这样就可以在处理中断和计时所产生的误差在允许的范围之内。

3.1.1 电脑时钟要求(1) 基本要求用键盘键入当前的时间值，成为名符其实的时钟。

时间值键入前，6个数码管均显示提示符“—”。

时间值键入时，从高位到低位依次键入时十位、时个位、分十位、分个位、秒十位、秒个位；每键入，都先进入最右管，以后随着新值的键入向左逐位一一移动，直到时、分、秒置全。

时间值置好后，按动启动键“A”键，时钟才正式启动[2]。

(2) 硬件设计要求a 8155模块的连接：PA口用作向数显模块传送数码笔画信息，PB口用作向数显模块传送位选信息，IO/M端接到P3.3，片选端接电源低电平。

b 数显模块中六个数码管均用到。

左边两个显示小时（00～23），中间两个显示分钟（00～59），右边两个显示秒（00～59）。

图3-1 电脑时钟系统连接图(3) 键盘模块16个按键中用到其中的11个，数字键“0”～“9”用来键入相应数字，字母键“A”用作启动键。

“0”～“7”这八个按键的行线连到核心模块8031的P3.0，“8”、“9”、“A”这三个按键的行线则连到P3.1。

(4) 显示单元缓冲区地址分配将8031片内ROM的20H~27H这八个单元用作显示缓冲区，具体分配如表4-1。

数显模块上6个数码管自左到右分别显示27H~22H单元的内容，从而构成一电脑数字时钟[2]。

(5) 定时器设置用8031的定时器/计数器0作为定时器，以1/100S作为时钟的最小计时单位。

每到1/100S，定时器/计数器0溢出，通过定时器/计数器0中断进行计时与完成应有的进位。

3.1.2 电脑时钟程序设计电脑时钟程序包含8155的初始化、显示子程序、定时器0初始化、定时器0溢出中断子程序、笔划信息表，再后面是按键一次只键处理一次、键扫描识别以及键处理分支转移等程序。

(1) 并行I/O接口芯片8155在单片机控制系统中，经常需要利用I/O接口芯片来扩展CPU的并行I/O端口，尤其在MCS-51系统中。

并行I/O接口芯片有许多，但是，8155是一种通用的I/O接口芯片，可以为不同的类型的单片机所采用[3]。

a 8155端口8155内部有7个寄存器，需要三位地址来加以区分b 8155命令字8155命令子共有8位，用于设定81555的工作方式以及实现对中断和定时器/计数器的控制。

各位定义如图3-3所示，D7和D6是计数器方式控制位，D5和D4是A口和B口的中断控制位，D3和D2是C口的四种方式控制位，D1和D0分别是A口和B口的输出/输入方式控制位。

PA口：1输出，0输入PB口：1输入，0输入c PC2，PC1组合使用，如表3-4所示。

在本是实验中PA，PB都作为输出，没有用到PC口，所以8155得命令状态寄存器的地址为03H，8155的地址为FFFFH。

8155的初始化：MOV DPTR，#0FFFFH ；8155的地址MOV R0，#03H ；命令状态寄存器地址(2) 走时结构程序流程图图3-2 走时机构程序流程框图(3) 显示子程序MOV DPTR，#TAB ；给表的首地址DISP1: MOV R1，#01HMOV A，@R0MOVC A，@A+DPTR ；调用数码信息表MOVX @R1，#02HMOV R1，#02HMOV A，R2MOVX @R1，A(4) 定时器1初始化、定时器1溢出中断子程序定时器1计数程序：MOV TMOD，#40H ；初始化定时器1MOV TH1，#0D8H ；给定时器1输初值MOV TL1，#0F0HCLR 00HSETB TR1 ；启动定时器1中断程序：INT: ORL TL1，#0D8HMOV TH1，#0F0HSETB 00HMOV A，40HINC AMOV 40H，AINTE: RET13.2 分时计费电能表采用以上设计的电脑时钟来作为分时计费电能表的实时时钟，用其计时来设定不同的计费时间段，可以有效地提高分时计费电能表的准确性。

脉冲发生电路给电脑时钟提供中断申请，将不同的时段的电量存储到已经设计好的单元，以便为以后的显示做好准备。

在没有按下特殊功能键时分时计费电能表显示时间，当有特殊的功能键按下时，显示预先规定的相应显示功能。

3.2.1 分时计费电能表的设计要求（1）用电脑时钟来计时，可以由单片机来设定计费区间，达到智能控制的目的。

（2）外来的计数脉冲是送到T1端的，所以是用8031的定时器/计数器1进行计数。

转数达到与1度电（或0.1度电）相当的转数时定时器/计数器1溢出中断，是储存器中相应单元加1累计。