多功能电能表设计流程
多用电表的原理设计
多用电表的原理设计
多用电表的原理设计是基于电流和电压的测量，其目的是准确计量电能的消耗。
多用电表广泛应用于家庭、工业和商业领域，以帮助用户管理能源消耗并实现用电费用结算。
多用电表的设计原理包括以下几个关键要点：
1. 电流测量：通过使用电流互感器或霍尔传感器等电流传感器测量电路中的电流值。
电流传感器可以将电流转换为低电平电压信号，以便进行后续的处理和测量。
2. 电压测量：通过将电压传感器连接到电路中，测量电路电压值。
电压传感器通常将电压信号变换为低电平电压信号，便于测量和处理。
3. 信号处理：将测量到的电流和电压信号进行放大、滤波和调整，以确保准确测量并适应不同的负载条件。
4. 能量计算和显示：通过使用微处理器或专用芯片，对电流和电压值进行计算，从而得出电能的消耗。
结果可以在多用电表的显示屏上实时显示，或者通过通信接口传输给远程监控系统。
5. 通信功能：一些高级多用电表配备了通信接口，可与智能电网系统或家庭能源管理系统进行通信。
这使得用户可以更好地管理和控制能源消耗，并通过监测用电行为来实现能源优化。
通过以上原理设计，多用电表能够准确测量和记录电能的消耗，帮助用户更好地管理和控制电力使用。
它在能源管理、费用结算和能源优化方面具有重要作用，为实现可持续能源发展和节能减排做出贡献。
多功能电表课程设计
多功能电表课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解多功能电表的基本工作原理和功能特点；2. 掌握多功能电表的使用方法，包括电压、电流、电阻的测量；3. 学会读取和解读电表测量数据，进行简单的数据分析和计算。
技能目标：1. 能够正确操作多功能电表，进行基本的电学实验测量；2. 培养学生动手实践能力，通过实际操作解决电学问题；3. 提高学生分析数据、解决问题的能力，形成科学探究的思维。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对物理实验的兴趣，激发学习热情和积极性；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实验安全，遵循实验规范；3. 增强团队合作意识，培养学生相互协作、共同探究的精神。
本课程针对初中物理学科，结合学生年级特点，注重理论与实践相结合，以多功能电表为载体，培养学生实际操作能力和科学探究精神。
课程目标具体、可衡量，旨在让学生在掌握基本电学知识的同时，提高实践技能和情感态度价值观。
后续教学设计和评估将以此为基础，确保课程目标的实现。
二、教学内容本章节依据课程目标，紧密围绕多功能电表的使用和电学基础知识，选择以下教学内容：1. 多功能电表的结构与原理：介绍电表的组成部分、工作原理，结合教材相关章节，使学生理解电表的内部构造及其测量原理。
2. 电表的正确使用方法：详细讲解电压、电流、电阻测量的操作步骤，强调注意事项，确保学生能够正确使用电表进行实验。
3. 电表测量数据的读取与分析：教授如何读取电表显示的数据，并进行简单的数据分析和计算，结合教材实例，提高学生分析问题的能力。
4. 实践操作与实验：安排电学实验，如测量电压、电流、电阻等，巩固理论知识，培养学生动手实践能力。
5. 教学内容的安排和进度：- 第一节课：多功能电表的结构与原理，认识电表的各个部分及其功能；- 第二节课：学习电表的正确使用方法，进行简单的电压、电流测量实验；- 第三节课：读取和分析电表测量数据，进行实际操作练习；- 第四节课：综合实验，巩固所学知识，提高实践能力。
高精度多功能标准电能表设计方法
*高精度多功能标准电能表设计摘要：介绍一种高精度、多功能三相标准电能表的设计方法。
采用硬件锁相环电路，控制单片6通道16位高速并行A/D转换器ADS8364实现对三相电压、三相电流同步整周期均匀采样。
TMS320F2812 DSP 对采集的三相电压、电流数据进行运算和处理，并用软件方法产生高低频标准电能脉冲。
给出了系统总体结构、模拟通道设计、倍频锁相电路、数据采集电路、各种电参数测量算法及系统软硬件抗干扰措施。
主要指标的准确度等级优于0.05级。
其设计方法对于高精度电力测量仪表的研制具有实际参考价值。
关键词：标准电能表；同步采样；锁相环；ADS8364；TMS320F2812Design of High-precision Multi-functional Reference Energy MeterAbstract: Design method of high-precision, multi-functional three-phase reference energy meter is introduced. A hardware phase-locked loop circuit is used to control 6 channels 16 bits high-speed parallel interface converter ADS8364, realize the function of synchronous and full period collection of three-phase voltage and current. TMS320F2812 DSP processes and analyzes the acquired voltage and current data and generates standard electric energy pulses using software. The system hardware structure, analog channels circuits, data acquisition circuits, measurement algorithms of electric parameters and anti-jamming methods are given. Measuring accuracy grades of main parameters excelled 0.05%. Its design method has practical reference values for high-precision electrical measuring equipments.Keywords: Reference energy meter; Synchronous sampling; Phase-locked loop; ADS8364; TMS320F28120 引言课题背景电力是国家经济发展的命脉，随着工业技术的不断进步，对电力的需要越来越大，电力部门需要及时、准确的对供、用电量进行计量并监测电网的相关参数以便采取相应的措施保证整个电网的安全和稳定，电能表是必不可少的监测设备。
多功能电能表课程设计
多功能电能表课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解多功能电能表的基本工作原理，掌握其结构组成；2. 学生能够掌握多功能电能表的读数方法，并了解其计量单位；3. 学生能够了解多功能电能表在不同场合的应用，如家庭、工业等领域。
技能目标：1. 学生能够正确使用多功能电能表进行电能测量，并准确读取数据；2. 学生能够通过实际操作，掌握多功能电能表的安装、调试和故障排查方法；3. 学生能够运用所学知识，分析并解决实际生活中与电能表相关的问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电能表及相关电器设备的兴趣，激发他们学习物理和电学的热情；2. 培养学生严谨的科学态度，使他们认识到准确测量和合理使用电能的重要性；3. 培养学生的团队协作意识，使他们能够在实际操作中互相配合，共同完成任务。
课程性质：本课程为物理电学领域的实践课程，旨在帮助学生将理论知识与实际应用相结合，提高学生的实践操作能力和解决问题的能力。
学生特点：学生为八年级学生，具备一定的物理知识和动手能力，对新鲜事物充满好奇心，但需要进一步引导和激发。
教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，强调实际操作和动手能力，使学生在实践中掌握知识，提高技能，培养正确的情感态度价值观。
通过分解课程目标，为教学设计和评估提供明确的方向。
二、教学内容1. 多功能电能表的基本原理与结构- 电能表的分类及工作原理- 多功能电能表的结构组成及其功能2. 多功能电能表的读数与计量单位- 电能表的读数方法及注意事项- 电能计量单位及其换算关系3. 多功能电能表的应用与安装- 多功能电能表在不同场合的应用案例- 电能表的安装位置、接线方法及注意事项4. 多功能电能表的调试与故障排查- 调试多功能电能表的步骤和方法- 常见故障现象及排查方法5. 实践操作与问题分析- 实际操作多功能电能表进行电能测量- 分析实际生活中与电能表相关的问题，并提出解决方案教学内容安排与进度：第一课时：多功能电能表的基本原理与结构第二课时：多功能电能表的读数与计量单位第三课时：多功能电能表的应用与安装第四课时：多功能电能表的调试与故障排查第五课时：实践操作与问题分析教材章节关联：本教学内容与教材中“电与磁”章节相关，涉及电能表的工作原理、应用、安装与调试等内容，为学生提供系统的知识体系。
多功能智能电表课程设计
多功能智能电表课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解多功能智能电表的基本工作原理和功能特点。
2. 学生能够掌握智能电表的数据读取、分析及应用方法。
3. 学生能了解智能电表在日常生活和工业中的应用和价值。
技能目标：1. 学生能够正确操作多功能智能电表，进行数据测量和读取。
2. 学生能够运用所学知识解决与智能电表相关的实际问题，提高解决问题的能力。
3. 学生能够通过小组合作，共同完成智能电表的使用与维护任务。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对多功能智能电表及其在现代社会中应用的兴趣，激发学生的学习热情。
2. 培养学生严谨的科学态度，养成尊重事实、注重实证的良好习惯。
3. 培养学生节能环保意识，认识到智能电表在节能减排中的重要作用，提高社会责任感。
本课程针对初中年级学生设计，结合课程性质、学生特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果。
通过本课程的学习，期望学生能够掌握智能电表相关知识，提高实际操作能力，培养科学精神和节能意识，为学生的全面发展奠定基础。
二、教学内容1. 多功能智能电表概述- 智能电表的定义与分类- 智能电表的发展历程及其在现代生活中的应用2. 智能电表的工作原理与功能- 电流、电压、功率等基本电学参数的测量原理- 智能电表的数据处理、显示与存储功能- 能耗分析与节能建议3. 智能电表的操作与使用- 智能电表的操作面板介绍- 数据测量、读取与记录方法- 智能电表的维护与故障处理4. 案例分析与实践活动- 日常生活中的智能电表应用案例- 工业领域中的智能电表应用案例- 小组合作完成智能电表操作与数据分析任务教学内容按照课程目标制定，涵盖智能电表的基本概念、工作原理、操作使用以及案例分析等方面，确保内容的科学性和系统性。
本教学内容将按照教学大纲安排和进度进行，与教材相关章节紧密关联，帮助学生全面掌握多功能智能电表的相关知识。
三、教学方法本课程将采用以下多样化的教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：- 通过生动的语言和形象的表达，讲解多功能智能电表的基本概念、工作原理和操作方法。
多功能智能电表的设计
多功能智能电表的设计摘要目前，电力系统中仪器仪表已经进入了自动化和智能化的时代。
自动化和智能化特性不仅要求这些仪器仪表像传统计量表一样具有计量功能，而且还要具有测量、保护、控制、通信等多种功能，以反映电气元件运行状态和控制调节的信息。
随着高新技术尤其是电子信息技术的快速发展，电子式、多功能、高精度、多费率、自动抄表等产品的优势突显，且已逐步成为电能表发展的主流。
国内仪器制造设计的电能表主要有远程监测仪表，手持式仪表，便携式多功能分析仪表。
而在技术解决方案中，传统的单片机不能满足多功能而且精度低，不适用于信息交互高速实时处理场合。
智能电表具有数据保护，报警，断电显示，负荷控制，防窃电，远程抄表等功能。
从计量到数据处理都采用以集成电路为核心的电子器件，从而取消了电表上长期使用的机械部件，随着智能化电表的发展，将最终取代传统电表在用户中的使用。
本文主要应用AT89C52单片机，RS485通讯各个单元来完成数据的传输，费率的计算，数据的显示，报警，远程抄表控制，使电表实现智能化。
关键词：智能电表；自动抄表；RS485通信；预付费；智能化Design on Multifunctional Smart MeterAbstractAt present, the power system instrumentation has entered the era of automation and intelligent. Automation and intelligent feature not only require these instruments the same as the traditional measurement meter measurement function, but also with the measurement, protection, control, communications and other functions in order to reflect the operational status and control of electrical components, regulation of information.Along with the high technology and new technology electronic information technology’s fast develop ment, the electronic formula, multifunction, the high accuracy, the multi-tariffs, copies product and so on table superiority to underline automatically particularly, and already gradually became the electrical energy table development the mainstream. Design of domestic equipment manufacturers are remote meter monitoring instruments, handheld instruments, portable and multifunctional analysis instruments. In the technical solution，the traditional single chip cannot meet the multi-function and low precision, high-speed information exchange does not apply to real-time processing applications. The intelligent electric instrument has the data protection, the warning function, the power failure demonstration, the load control, against steals the electric work energy, long-distance copies functions and so on table system, uses take the integrated circuit from the measurement to the processing as the core electronic device, thus has canceled on the electric instrument the long-term use mechanical part, along with the intellectualized electric instrument’s development, will substitute for traditional electric instrument in userpractical finally. In this dissert the hand-hold unit, the AT89C52 monolithic integrated circuit are used and so on each unit completes the data with RS485 communications the transmission, the tariff computation, the data demonstration, the warning, long-distance copies the table control, causes the electric instrument to realize the intellectualization.Keywords: Intellectual mater；Auto Read Meter；RS485 Communication；Prepayment；Intellectualization目录中文摘要 (I)外文摘要 (II)1绪论 (1)1.1引言 (1)1.2课题研究背景，目的及意义 (1)1.3国内外研究概况及发展趋势 (2)1.4智能电表设计的技术要求及主要研究内容 (3)1.4.1技术要求 (3)1.4.2主要研究内容 (4)2智能电表的总体设计方案 (5)2.1总体设计思想 (5)2.2系统总体功能 (5)2.3智能电表的硬件设计方法 (6)2.3.1微处理器或微控制器 (7)2.3.2传感器 (8)2.3.3信号调理 (8)2.3.4A/D转换器和D/A转换器 (8)2.3.5智能电表的接口通信 (9)2.4智能电表的软件设计方法 (9)3智能电表的硬件设计 (12)3.1单片机系统设计 (12)3.1.1AT89C52的主要特性 (13)3.1.2AT89C52各主要引脚功能 (13)3.2电能计量芯片ADE7758 (15)3.2.1ADE7758综述 (15)3.2.2ADE7758引脚配置及功能描述 (15)3.2.3ADE7758信号衰减电路设计及互感器选型 (17)3.2.4ADE7758与MCU接口设计 (18)3.3MCU外围电路及其它模块的设计 (19)3.3.1存储模块设计 (19)3.3.2时钟模块设计 (20)3.3.3液晶显示模块设计 (21)3.3.4按键模块设计 (22)3.3.5串口通信模块设计 (24)4智能电表的软件设计 (25)4.1主流程图 (25)4.2系统初始化 (27)4.3系统子程序模块 (27)4.3.1系统参数自校正模块 (27)4.3.2电量测量功能模块 (27)4.3.3电能检定功能模块 (28)5系统调试 (29)5.1软硬件调试 (29)5.2功能测试 (29)5.3误差的定性分析及改进措施 (30)总结及前景展望 (32)参考文献 (33)致谢 (35)附录1 外文参考文献（译文） (36)附录2 外文参考文献（原文） (41)1绪论1.1引言作为仪器仪表中的一个子类产品，电能表在电力系统的各个环节中占据着重要的地位。
多功能电表软件系统设计
电表上电状态的处理部分
4.2.3电表上电状态的处理部分 电表上电状态的处理程序流程图如下：
电表上电状态的处理部分
case 0: //上电工作状态 if(!LVIF) { DI(); PCC = 0x0; //CPU Clock = 内部高速振荡8M 0.25us/指令执行最短时间 RCM=0x80; OSCCTL=0X30; //内部高速振荡,副晶振开起 DataTemp[0] = 0xc8; //init// DataTemp[1] = 0; write_LCD1(PCF8576_ADDR, PCF8576_CS,2,DataTemp); PowerOn_io_init(); Message.OneMinute=1;//当初始化时把当前的时段读出来 timer_init(); usart_init(); Att7028_para(); WORK_state=1; EI(); } else WORK_state=4;//进入唤醒 break;
程序RAM数据结构部分
typedef struct { unsigned long PhaseActivepower[4]; //ABC合相有功功率 unsigned long PhaseApparentpower[4]; //ABC合相有功瞬时功率 unsigned long PhasevoltageRMS[4];//ABC合电压有校值 unsigned long PhaseCurrentRMS[4];//ABC合电流有校值 unsigned long Linefrequency[1]; //当前的线频率 unsigned long PhasePowerFactor[4];//ABC合功率因数 unsigned long PhasePhaseAngle[4];//ABC合相电压与电流的夹角 unsigned long StatusPhaseLossPhaseSequenceSIG[1]; unsigned long StatusEnergyRegister[1]; unsigned long DirectionActivepower[1]; unsigned long CalibrationDataCheckoutRegister[1]; unsigned long PhaseActiveEnergy[8];//当前的电能 }Emu_Parameter; 此结构可以对ATT7026A的计量参数寄存器一次可以全读出，并同时也可以分别 取出对应所需要的参数
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
The World Leader in High Performance Signal Processing Solutions
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。
基于STM32的多功能电能表的设计(毕业设计)
基于STM32的多功能电能表的设计(毕业设计)****************自动化学院本科毕业设计（论文）题目：基于STM32的多功能电能表的设计专业：自动化班级：自动化111学号： ********** 学生姓名： ******指导教师： ************起止日期： 2015.2～2015.6设计地点：Graduation Design (Thesis)The Design of Three-phase Multi-functional Power Meter Based on STM32By**********Supervised byProf. ******School of Automation*******************June, 2015摘要电能表作为测量电能的工具，是连接电力用户和电能之间的一座“桥梁”，随着电能在人们生活中的地位越来越重要，它与人们生活之间的联系也更加地紧密。
虽然电能表也在不断地发展，但是局限于功能单一，传统的电能表已经满足不了用户对其越来越高的要求。
本文采用STM32F103RC型号的微控制器作为主控芯片，设计了一款实用性强、结构简单的多功能电能表。
在设计电能表硬件和软件的过程中，都采用了模块化的设计思想。
其中，多功能电能表的硬件部分主要包括主控模块、电源转换模块、电压电流采样模块、EEPROM存储模块、LCD段码显示模块、按键输入模块和RS485通讯接口模块。
并且利用软件编译平台MDK进行了软件部分的设计，主要包括主程序、系统初始化程序、电量处理程序、键盘中断程序以及LCD段码显示程序。
本文最后完成了多功能电能表的系统调试，对经过采样和调理得到的电压、电流信号进行计算，并完成显示，而且通过按键的选择实现了显示屏的切换，基本实现了多功能定能表的预期功能。
关键词：电能表；STM32F103；段码LCD；RS485ABSTRACTElectricity meter connects a "bridge" between power users and power that used as a kind of measurement tool. The link between it and the people's lives more to close with the power position in people's lives increasingly important. While the meter is constantly evolving, but limited to a single function, the conventional meters has failed to meet the growing demands of its users.In this paper, using the type microcontroller of STM32F103RC as the master chip, designed a practical, simple structure of multi-function meter. In the process of the design of meter in hardware and software, have adopted a modular design thinking. Among them, the hardware part of the multi-function meter includes control module, power conversion modules, voltage and current sampling module, EEPROM memory module, LCD segment display module, a key input module and RS485 communication interface module. And using software platform MDK designs the software part, including the main program, the system initialization procedure, power handler program, a keyboard interrupt program and LCD segment display program.Finally completed the system debugging of the multi-function meter, the voltage and current signals obtained through sampling and conditioning were calculated, and complete the display, but also through the select button to switch the display . The basic realization of the multi-function will be able to watch the intended function.Key words: Power Meter; STM32F103; segment LCD；RS485目录第一章绪论 (1)1.1 电能表 (1)电能表的概念 (1)电能表的发展 (1)电能表的发展现状 (2)1.2 多功能电能表 (3)多功能电能表的现状 (3)多功能电能表存在的问题 (3)1.3电能表的发展前景 (4)1.4课题研究背景及内容 (4)课题研究背景 (4)课题研究内容 (4)第二章多功能电能表硬件设计 (6)2.1整体方案设计 (6)2.2 主控芯片的选择 (6)芯片简介 (7)芯片优势 (7)2.3 硬件电路设计 (7)主控电路设计 (7)采样电路设计 (10)按键显示电路设计 (12)通讯电路设计 (13)存储电路设计 (14)2.4 本章小结 (15)第三章多功能电能表软件设计 (16)3.1 软件设计 (16)软件开发平台MDK (16)软件设计流程 (16)3.2 主程序设计 (17)3.3 初始化子程序设计 (18)3.4 采样程序设计 (20)3.5 计量程序设计 (21)计量算法的介绍 (21)数据转换原理 (22)计量算法程序设计 (23)3.6 显示程序设计 (24)3.7 按键处理程序设计 (25)3.8 本章小结 (25)第四章系统测试及实验 (26)4.1 采样电路模块测试 (26)采样电路仿真测试 (26)采样电路测试 (29)4.2 ADC模块调试 (30)4.3 显示模块调试 (31)4.4 本章小结 (31)第五章总结与展望 (32)5.1 工作总结 (32)5.2 展望 (33)致谢 (34)参考文献 (36)附录A：硬件设计原理图与PCB图 (38)第一章绪论1.1 电能表电能表的概念从概念上来说，电能表就是用来计算一段时间内消耗电量值的专用仪表，通常也被叫做电度表和火表。
基于CS5451A的三相多功能电表设计
基于CS5451A的三相多功能电表设计基于CS5451A的三相多功能电表设计随着电子技术的飞速发展，电能表的集成度越来越高，在三相多功能电表市场上，主要有两种架构：1、电能计量芯片加微控制器。
2、A/D转换芯片加微处理器。
第一种方案成本比较低，功能主要取决于电能芯片，微控制器不能进行复杂的数据处理，所以不具有谐波分析功能。
第二种方案可以通过复杂的数据处理，实现非常多的功能。
本文主要介绍基于CS5 451A+TMS320C2801的三相多功能电表设计。
芯片介绍：CS5451A是CirrusLogic公司为能源测量工业设计的高度集成的Delta-Sigma模拟至数字（A/D）转换器。
CS5451A在一个芯片上结合了6个Delta-Sigma 模数转换器、滤波器和一个与微控制器或DSP相联接的串行接口。
CS5451A与一个变流器或可测量电流的分流器和电阻分割器或测量用变压器直接连接。
同时该产品已被初始化和功能完全设置，并包括一个电压参考。
框图如下。
TMS320C28x™ 系列数字信号控制器是业界第一款 32 位基于 DSP 的控制器，具有板载快闪存储器和高达 150MIPS 的性能。
它们针对于工业自动化、数字电源、汽车控制以及高级传感应用。
C28x 内核是世界上最高性能控制优化内核，提供计算带宽来实时处理许多复杂的控制算法，如无传感速度控制、随机 PWM 以及功率因数校正。
C28x 还提供了足以与一般的 MCU 相匹敌的 C 代码效率，与 C 2000 系列中的当前器件完全代码兼容。
硬件设计：本方案按功能可分成以下几块。
1、电压转化模块是一个电阻网络，用分压电阻的方法，把三相电压信号转化成三个400mV的信号,经过阻容滤波送入CS5451A.2、电流转化模块是通过电流互感器，把0-6安的三相电流信号转化成三个40 0mV的信号, 经过阻容滤波送入CS5451A.3、CS5451A模块功能是把输入的六通道电压电流信号转化成数字信号输出。
.多用电表的设计与制作
rm=(|ΔU|max/ Um ) Ｘ100% a≥ 100 rm
0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 3.5 5
3．将表头改装成欧姆表并标定表面
刻度尺
图3.将表头改装成欧姆表
数据处理
1.εmax = Ig(Rg+ R0+ Ri)
εmin = Ig(Rg+ Ri)
由此计算出 R0和 Ri的值。 2. 用电阻箱标定欧姆表的表面刻度尺（注 意欧姆表应先调零）。把表头表面原来 刻度复制在一张白纸上，然后在其上面 标定欧姆表刻度尺，并贴在报告纸上 。
2．若将表头改装成量程为Um 的电压表，只需串联一个适 当的分压电阻Rh , Rh的数值由 Rg、Ig、Um决定。 Rh= Um/ Ig – Rg
实验仪器介绍
• 微安表头（Ig=50μA , Rg实验室 给出），电流表，电压表，电池， 直流稳压电源，滑线变阻器，电 阻箱，电位器，电阻，导线，开 关等。
实验内容
• 将表头改装成量程为5mA的电流表 并校准、定级。 • 将表头改装成量程为5V的电压表并 校准、定级。 • 将表头改装成欧姆表并标定表面刻 度尺。
1.将表头改装成量程为5mA的电流表 并校准、定级。
Rs
mA
图1 把表头改装成电流表的原理和校准图
数据处理
• 自己设计校准电路、联线、测量数据， 以 I改读数为横坐标，以ΔI=I标-I改为纵坐 标， 作校准曲线。 • 给改装表定级。
实验十七多用电表的设计与制作大学物理实验主要内容实验简介实验仪器实验目的实验操作实验原理实验报告实验简介?微安表头一般只允许通过微安级的电流用它只能测量很小的电流和电压
大学物理实验
实验十七
多用电表的设计与制作
多功能电子表设计说明书
目录1 多功能电子表设计目的及意义2多功能电子表设计内容（1）总体设计方案简介（2）单元电路设计（3）总电路图（4）软件设计，编程思路，给出流程图，程序清单（附注释）（5）仿真结果3 结果分析4 设计总结5设计心得参考文献附录1.多功能电子表设计目的及意义1.1多功能电子表设计目的：目的：学生通过自己动手设计制作，将电子技术相关理论知识与制作实践相结合，提高学生的动手能力，加深对电子技术原理的理解，增加学习电子技术的兴趣，为今后投入电子技术的开发应用打好基础。
1.2多功能电子表设计意义：意义：2.多功能电子表的设计内容2.1总体设计方案简介1.功能简介及摘要多功能电子表是一种用数字显示秒﹑分﹑时的记时装置，与传统的机械钟相比，他具有走时准确﹑显示直观﹑无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用：小到人们的日常生活中的电子手表，大到车站﹑码头﹑机场等公共场所的大型数显电子钟。
本课程设计要用通过简单的逻辑芯片实现数字电子钟。
要点在于用555芯片连接输出为一秒的多谐振荡器用于时钟的秒脉冲,用74LS160(10进制计数器)74LS00(与非门芯片)等连接成60和24进制的计数器,再通过七段数码管显示，构成了简单数字电子钟。
2.设计流程多功能电子表一般由振荡器、分频器、译码器、显示器等部分组成。
这些都是数字电路中应用最广泛的基本电路。
多功能电子表的基本计流程框图如下所示;图1 结构框图3.各部分功能说明1、振荡器振荡器是多功能电子表的核心，它的作用是产生一个频率标准，即时间标准信号，然后再由分频器分成秒脉冲，即“秒”时间脉冲。
因此正当其频率的精度与稳定度基本决定了多功能电子表的质量。
为了产生稳定的时间标准信号，一般采用石英晶体振荡器。
从多功能电子表的精度考虑，晶体振荡频率越高，秒针的时间精度越高。
但这会使振荡器的耗电量增大，分频器的级数也要增多，所以在确定频率时，应当天考虑这两方面因素，然后再选用石英晶体振荡器型。
多功能电能表设计及生产工艺简述
多功能电能表设计及生产工艺简述【摘要】介绍了一种多功能电能表的设计原理和批量生产时的工艺控制要点。
【关键词】电能计量；模块化；生产工艺控制1.产品设计与工艺控制原则采用先进可靠的方案设计满足国家电网计量中心检测要求的产品，是参加投标、参与市场竞争的敲门砖，在合同要求的时间内批量生产出满足用户要求合格的产品，是企业生存的关键。
2.产品性能描述用于电力系统低压台区的50KV A容量中小专变用户和部分特殊的公变用户，给电力系统的电量发行、线损考核、窃电报警、台区负载平衡等功能提供实时准确的基础数据。
采用GPRS无线网络的上行信道接口，实时在线通讯，红外模拟通讯接口1200BPS掌抄通讯、遥控器；GPRS通讯接口TCP/IP 9600BPS符合《DL/T645-1997多功能电能表通信规约》，实现用户电量计量，实现开箱报警、过压、欠压、断相、超负荷、失流、电流不平衡等信息异常报警、装置故障报警、计量异常报警、掉电报警等的主动上传功能。
3.产品原理基本模块：计量单元、数据处理单元、数据输出单元工作时首先对电压、电流进行高精度取样、放大，再经过计量芯片精密处理转化为数字信号，将获得的数据根据预先设定参数进行电能累计和最大需量处理，对数据进行储存并响应外界有效的通讯要求进行数据输出；经过协处理器进行显示处理。
4.技术创新点RS485抄表方式，实现了波特率自适应功能，解决抄表时对于波特率的限制；GPRS抄表方式，模块可以进行热插拔更换，实现远程抄表；装置采用可替换模块化结构设计。
采用62056通讯协议；应用范围广泛，可以用作多功能表、台区考核表、用户；可以通过两种规约进行抄表，DL/T645-1997协议为波特率自适应；提高系统得互操作性，不同设备与电表的数据交换协议统一到某种具有互操作性的通讯协议标准上，利于计量的升级和维护；主动上传；系统稳定性的保证。
5.工艺流程控制5.1生产工艺流程图5.2生产过程控制线路板加工时，采用自动贴片装配（SMT）、自动插件装配（AI）等方式进行元件安装；采用回流焊、波峰焊等自动表面贴装工艺进行焊接；采用针床接触式计算机自动在线测试方式进行线路板检测。
智能多用户电能表的设计
摘要随着电子技术的发展，电能表的生产规模越来越大。
同时，在能源越来越紧张的环境下，多用户智能电能表具有重要的现实意义和较高的应用价值。
多用户智能电能表十分适合我国国情，其功能也很完善。
本文在电能计量理论研究的基础上，是以ATT7022为模数转换芯片，用S3C44BOX为主要控制芯片，通过ARM-uClinux嵌入式平台，GPRS通信技术，CAN通信技术等，研究设计和开发一套用于智能电网的智能型三相多用户电能表。
电能表采用模块化的设计，主要分为硬件和软件两个方面。
这种设计不仅能够很好地满足电能计量、远程抄表等需求，还有有利于节能和平衡用电。
具有一定的社会应用价值。
关键词：ATT7022；S3C44BOX；多用户电能表；AbstractWith the development of electronic technology, watt-hour meter production scale is bigger and bigger. At the same time, in an increasingly tense energy environment, multi-user intelligent watt-hour meter has important realistic meaning and high application value. Multi-user intelligent watt-hour meter is very suitable for China's national conditions, its function is also very perfect.Electric energy measurement is presented in this paper, on the basis of theoretical research is ATT7022 modulus conversion chip, using S3C44BOX as main control chip, through the ARM - uClinux embedded platform, and GPRS communication technology, the CAN communication technologies, such as research design and development of a set of intelligent multi-user three-phase watt-hour meter used in smart grid.Watt-hour meter adopts modular design, mainly divided into two aspects of hardware and software. This design not only can well meet the demand of electricity measurement, remote meter reading, etc, and is good for energy saving and balance of power. Has a certain application value in society.Key words: ATT7022; S3C44BOX; Multi-user watt-hour meter;目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2电能表的发展历史 (1)1.3国内外的研究现状 (3)1.4本论文的组织结构 (4)第2章系统设计方案 (5)2.1系统设计思路概述 (5)2.2系统的方案选择论证 (5)2.3多用户电能表硬件设计方案 (7)2.4多用户电能表软件功能设计 (8)第3章智能电表硬件设计 (9)3.1电能计量理论 (9)3.2智能电能管理系统 (10)3.3主要模块电路设计 (12)3.3.1 电源设计 (12)3.3.2 信号输入电路设计 (13)3.3.3 电量计量电路设计 (16)3.4.4 CAN通信电路设计 (19)3.3.5液晶显示电路设计 (22)3.4本章小结 (25)第4章智能电表软件设计 (26)4.1嵌入式系统环境设计 (26)4.1.1 S3C44BOX的资源 (26)4.1.2 储存器介绍 (27)4.2 uCLinux操作系统 (28)4.2.1 uCLinux简介 (28)4.2.2 uCLinux嵌入式软件系统移植 (31)4.3 uCLinux操作系统下的设备驱动设计 (34)4.3.1 uCIinux系统下的设备驱动 (34)4.3.2 uCIinux系统下设备驱动程序的使用 (36)4.3.3 在uClinux系统下的CAN驱动程序设计 (36)4.4主程序程序设计 (38)结论 (41)参考文献 (42)致谢 (44)附录A 多用户电源电路图............................ 错误!未定义书签。
【独家】多功能电能表设计
本文阐述了电子式多功能电能表的设计方法、硬件设计的技术关键和软件设计流程。
并以NEC的uPD78F0338单片机为例,实现了一款具有四种费率、六条负荷曲线和两套费率结构的三相四线电子式多功能电能表电子式多功能电能表主要针对国内市场三相用电的工业用户。
随着电力行业改革深入,工业三相用电对多功能电能表的需求大量增加。
目前国内多功能表种类少、价格较高、功能不完善,往往仅是针对某些地区的特定要求开发,缺乏通用性,某些产品未能完全达到国标的要求。
本文介绍的电子式多功能电能表正是为了适应这种市场需求而设计的。
这是一款智能型高科技电能计量产品,该表可以同时计量正/反向有功电能、正/反向无功电能、四象限无功电能,还具有多费率控制,负荷曲线记录,各相失压、过压、频率超限记录,数据LCD显示等多种功能。
主站可以通过RS-485总线或手持红外抄表器对该电表进行查表、设表、抄表等操作。
软件代码全部采用C/C++语言编写,编码效率高,可维护性好,便于实现模块化设计,可根据用户的需求方便地对功能模块进行裁剪。
而且代码经过优化,其生成的目标代码大小和执行效率已与汇编代码相差无几。
该产品的技术指标全面符合GB/T17215-1998《1级和2级静止式交流有功电度表》、DL/T614-1997《多功能电能表》和DL/T645—1997《多功能电能表通信规约》的要求。
多功能电能表的总体结构和硬件设计多功能表总体结构电子式多功能电能表硬件的核心MCU主控制器,它负责按键输入扫描、工作状态检测,计量数据的读入、计算和存储、电表参数的现场配置以及与外界的通信控制等。
其主要功能单元包括MCU主控制器单元、电量计量模块、红外和RS—485通信模块、校表模块、EEPROM存储阵列等;其他辅助模块主要有:时钟日历电路、工作异常报警电路、按键输入电路、复位和看门狗电路、开关电源模块和后备电池电路、大屏幕液晶显示模块和LED显示模块。
多功能表总体结构框图如图1所示。
基于单片机的多功能电能表设计
摘要本电能表系统以FM3307／8单片机为核心，对8户居民的用电量进行测量。
8路脉冲输出电能计量芯片AD7755能够把居民的用电量转换为一定数量的脉冲，单片机对脉冲进行计数，经过一定的数学运算可以算出用电量。
74HC164串入并出8位移位寄存器和LED显示器能够实时循环显示8户居民的用电量。
AT24C16通过I2C总线和单片机连接，单片机将居民的用电量实时写入AT24C16，当断电时AT24C16仍能保存数据，再次上电后单片机将其保存的数据读出，从而实现掉电保护。
电能表通过RS-485总线与抄表集中器相连，接收抄表集中器下达的抄表（或预付费）、清零等命令。
抄表集中器内有GPRS通信模块（MC55），通过GPRS通信网与中心计算机联系，实现数据的上传或命令的下达。
中心计算机根据一天中电费不同价格的时间分割点读取用户的用电量，从而可以实现电能表的复费率功能。
如果在电能表外围接入电平控制的低压断路器就可以实现预付费功能（与复费率电能表的程序不同）。
中心计算机将用户提前购买的电量写入电能表中，当电量减到0时，控制口（P4）动作切断供电。
关键词：单片机，AD7755，GPRS，复费率，预付费ABSTRACTThe FM3307 / 8 MCU is core of the meter system which measure the power consumption of the eight residents。
The power consumption of the residents can be converted to a certain number of pulses by the 8 energy measurement chip AD7755.The microcontroller count the pulses and we can calculate the power consumption after a certain mathematical operations. The 8-bit shift register, 74HC164 and the LED monitor can achieve to show the electricity consumption of the eight residents circularly. The AT24C16 connected to the microcontrollervia the I2C bus.The MCU write the power consumption of the residents in AT24C16.AT24C16 can still save the data when power is broken off and the MCU will read the data out after power recovering.So the data can be saved when the power is broken.The energy meter is connected to the meter reading concentrator by RS-485 bus,receiving reading(or prepaiding) Clearing and other command. The meter reading concentrator with GPRS communication module (MC55), communicate with the center computer through the GPRS Communication network achieving to upload data or issue order.The central computer read the user's electricity according to division poin of different prices in one day,thus we can realize double rate function. If the electric energy meter peripheral is accessed low voltage circuit breaker,we can realize the prepayment function ( the Program is Difference to the double rate). The center computer will write the power advanced purchased into electric energy meter, when the residual capacity reduced to 0, and the control port ( P4) act to cut off the power supply.Keywords: MCU,AT24C16 ,GPRS, double rate ,prepayment目录1 绪论 (1)1.1、本课题的研究背景 (1)1.2、本系统的整体结构 (4)2 脉冲输出的电能计量集成电路 (7)2.1、概述 (7)2.2、工作原理 (8)2.3、模拟输入 (10)2.4、电源监控电路 (11)2.5、高通滤波和失调影响 (11)2.6、数字－频率转换 (11)2.7. 传递函数 (13)3 74HC164与LED数码显示 (16)3.1. 八位串入、并出移位寄存器74HC164 (16)3.2、LED数码管显示 (17)4 串行接口I2C总线 (19)4.1、I2C总线介绍： (19)4.2、I2C总线的系统结构与接口 (20)4.3、I2C总线的信号与数据传输 (20)4.４、I2C总线的地址与寻址 (24)5 串行E2PROM芯片AT24CXX (26)5.1、AT24CXX系列的基本功能 (26)5.2、AT24CXX的工作原理 (27)5.3、AT24XX接口电路 (29)6 RS485接口与应用 (31)6.1、RS-485简介 (31)6.2、RS-485电平与TTL电平转换驱动电路 (31)6.3、多机通信 (32)7 抄表集中器 (35)7.1、GPRS通讯技术介绍 (35)7.2、GPRS的网络结构 (35)7．3、GPRS技术优势 (37)7.4、GPRS工作原理 (38)7.5、终端系统硬件设计 (38)7.6、GPRS模块主要性能简介 (39)7.7、GPRS通信流程 (41)8 其他部分 (43)8.1、光电隔离电路 (43)8.2、稳压电源 (43)8.3、3.3V电源的设计 (44)8.4、LM317T稳压 (45)9 软件部分 (46)9.1.编程说明 (46)9.2、电能计量 (47)9.3.显示程序 (49)9.4. 多机通信 (54) (56)9.6.主程序清单 (62)10 总结 (64)11 致谢辞 (65)12 附录 (66)12.1 设计原理接线图 (66)12.2 外文文献翻译 (67)13 参考文献 (86)1 绪论1.1 本课题的研究背景作为测量电能的专用仪表电能表,自诞生至今已有100多年的历史。
三相多功能电能表 A设计方案
三相多功能电能表摘要：本设计以ATMEGAL16单片机作为核心控制器件，采用高精度三相电能计量芯片ATT7022B对三相交流电压电流信号进行采样处理，处理后数据送至单片机进行进一步校正处理，得到三相电流、三相电压、三相有功功率、三相有功电能等参数，并在液晶12864上按键选择实时显示,并打印。
系统同时具有RS485远程数据传输、红外通信、掉电保护、密码保护、相序检测等功能。
经测试，系统功能齐全，测量精度，过载能力等均达到设计要求。
关键词：三相电能计量； ATT7022B一、方案设计与论证1.题目分析题目要求设计并制作一个多功能三相电表。
综合分析，本作品的设计可以细分为以下几个模块：电源模块，控制器模块，键盘及显示模块，数据采集与存储模块，RS485通信模块，红外通信模块。
2.方案比较与选择(1) 控制器模块方案一：采用采用Atmel公司的A T89S52单片机。
AT89S52低功耗，高性能, 但其本身功能较少，需要增加较多的外围电路来实现功能。
方案二：采用A VR系列单片机的Megal16.。
Megal16单片机是16位MCU，运算处理速度快，抗干扰能力强，稳定性高，同时A VR 单片机内部有EEPROM,可以监控MCUCSR寄存器来发现掉电和复位情况，通过外围掉电检测电路就可以实现掉电存储保护。
考虑到本系统要求较高的运算处理能力以及抗干扰能力，最终选择方案二。
（2）采样电路选择现有测量芯片无法直接对高电压、大电流进行测量，故需要对这两个量进行采样。
方案一：采用电阻分压对电压电流进行采样。
这种方法简单易行，电路结构简单，但对电阻精度要求高，浪费在分压电阻上的能量多，不符合节能要求；同时这样对电流采样会改变原有电流参数。
方案二：采用互感器对电压电流进行采样。
这种方法稍微复杂，但优点很多。
一方面互感器对电流参数采样能够最大程度减少对原电路特性的改变。
另一方面，互感器有一定隔离作用，对独立处理后级电路有益。
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
单相多功能电能表参考设计方案
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。
如何制作一份高中物理多用电表教案？
电表是我们生活中常见的电力测量仪器，它可以对电器的功率、电压和电流等参数进行实时监测和记录。
在高中物理课程中，电表也是必不可少的实验器材之一。
如何制作一份高中物理多用电表的教案呢？本文将详细介绍教案的步骤和内容，并为大家提供一份模板。
一、教案的步骤1.确定学习目标：根据教学大纲和学生的学习情况，确定本节课的学习目标和任务2.分析背景知识：在设计实验之前，需要让学生了解电表的基本原理和用法，包括电表的种类、测量电压和电流的方法、电表的量程和精度、电表的连接方式等。
3.设计实验流程：根据学习目标和教学大纲，设计电表实验的具体步骤和流程，包括实验器材的准备、实验过程中的注意事项、实验数据的记录和分析等。
4.教学评估：在教学过程中，通过提问、小组讨论、实验室报告等方式，对学生的学习效果进行评估，及时发现和纠正问题。
5.总结归纳：在教学结束后，对本节课的教学内容进行总结和归纳，让学生更好地理解和掌握知识，为下一步的教学做好铺垫。
二、教案的内容1.实验名称本节实验的名称应该简洁明了，能够反映实验的主要内容和目标。
例如：“用万用表测量电路中的电流和电压”、“比较不同种类电表的量程和精度”等。
2.实验目的实验目的旨在让学生了解或掌握电表的基本原理、用法和特点。
例如：“通过测量电路中电流和电压的方法，了解电表的基本原理和操作方法”、“比较不同种类电表的精度和量程，了解电表的特点和适用范围”等。
3.实验器材和材料实验器材和材料应该列明详细，包括万用表、电脑、电池、电源线、电阻器、开关、线材等。
需要注意的是，实验器材和材料的数量和类型应该能够满足实验目的和要求。
4.实验步骤实验步骤应该按照逻辑顺序进行设计，包括器材准备、电路连接、电流电压测量、数据记录和分析等步骤。
需要注意的是，实验步骤应该尽量简洁明了，便于学生理解和操作。
5.实验分析与讨论实验分析与讨论可以帮助学生更好地理解和掌握实验结果和结论。
可以通过提出问题、小组讨论、实验室报告等方式，让学生深入思考实验数据和结论，建立科学思维和分析能力。
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电子式多功能电能表主要针对国内市场三相用电的工业用户。
随着电力行业改革深入,工业三相用电对多功能电能表的需求大量增加。
目前国内多功能表种类少、价格较高、功能不完善,往往仅是针对某些地区的特定要求开发,缺乏通用性,某些产品未能完全达到国标的要求。
本文介绍的电子式多功能电能表正是为了适应这种市场需求而设计的。
这是一款智能型高科技电能计量产品,该表可以同时计量正/反向有功电能、正/反向无功电能、四象限无功电能,还具有多费率控制,负荷曲线记录,各相失压、过压、频率超限记录,数据LCD显示等多种功能。
主站可以通过RS-485总线或手持红外抄表器对该电表进行查表、设表、抄表等操作。
软件代码全部采用C/C++语言编写,编码效率高,可维护性好,便于实现模块化设计,可根据用户的需求方便地对功能模块进行裁剪。
而且代码经过优化,其生成的目标代码大小和执行效率已与汇编代码相差无几。
该产品的技术指标全面符合GB/T 17215-1998 《1级和2级静止式交流有功电度表》、DL/T 614-1997《多功能电能表》和DL/T 645-1997《多功能电能表通信规约》的要求。
多功能电能表的总体结构和硬件设计
多功能表总体结构
电子式多功能电能表硬件的核心MCU主控制器,它负责按键输入扫描、工作状态检测、计量数据的读入、计算和存储、电表参数的现场配置以及与外界的通信控制等。
其主要功能单元包括MCU 主控制器单元、电量计量模块、红外和RS-485通信模块、校表模块、EEPROM存储阵列等;其他辅助模块主要有：时钟日历电路、工作异常报警电路、按键输入电路、复位和看门狗电路、开关电源模块和后备电池电路、大屏幕液晶显示模块和LED显示模块。
多功能表总体结构框图如图1所示。
高性能主控制器单元
主控制器采用NEC公司8位单片机中的高档产品μP D78F0338。
该款单片机为120脚QFP封装,单片集成有60kB Flash、一个异步通信串行口、40×4段LCD驱动器、高达10MHz的总线时钟和10路10位精度的ADC,并可通过简单的接口进行在系统编程,极大地方便在线调试和软件升级。
并且支持高级语言,较好地满足了多功能表任务繁多、数据量庞大、算法较复杂的功能要求。
串口复用通信单元
通信电路模块主要包括TSOP1838红外接收头、红外发射二极管、载波电路、MAX487专用485收发电路、驱动/开关二极管和其他元件。
本电能表为便于用户抄表,设计有红外本地抄表和RS-485集中抄表两种串行抄表方式,因为μPD78F0338仅有一个串口,故通信电路设计时采用串口复用技术。
由9012、9014和若干电阻等器件组成互补开关,由MCU的一个I/O口来控制红外和RS-485通信方式的切换,如图2所示。
图2 >
高精度电量计量模块
计量模块由高精度专用电能计量芯片SA9904、电流互感器和其他外围电路元件组成。
SA9904是Sames公司生产的一款三相双向功率/电能计量芯片,可以计量有功/无功功率、电压、频率、相序异常等,可以单独计量每一相的用电信息,符合IEC521/1036标准,可达到1级交流电能表的精度要求,各数据寄存器具有24位精度,可通过三线SPI接口与CPU交换数据。
从而可以较好地适应多功能表需要计量多种电量数据的要求。
SA9904引脚及其外围电路图如图3所示。
图4 >
其中,CLK、DO、DI构成与MCU控制器的接口,用于传输控制命令和测得的电量数据,IIPs、IIPt、IIPr用来对电流取样,IVP1、IVP2、IVP3用来对电压取样。
时钟日历模块
时钟电路采用EPSON生产的RTC-4553实时时钟芯片。
内部集成了32.768kHz的石英晶体振荡器,简化外围电路,并可以根据需要进行自由设置以得到较高的频率;同时集成有时钟和日历计数器;可选择24或12小时显示模式;时钟可通过软件方式进行间隔30秒的调整;并提供0.1Hz或1024Hz 的定时脉冲输出,以便于在电能表的外部对时钟精度进行定期检查。
RTC-4553引脚及其外围电路图如图4所示。
其中,SCK、Sin、Sout与主处理器接口,用于发送控制指令或者传输日期时间数据,本系统日历时钟模块采用电池作后备电源,以确保在停电状态下,日期时间的准确无误。
图5 >
多功能电能表的软件设计
数据结构设计
多功能电能表涉及的数据类型种类繁多。
按字节分包括单字节、双字节、三字节、四字节和六字节等;按表征的意义分有时间、时刻、电压、电流、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能、次数、功率因数、门限、状态字、系数、表号等。
复杂的数据类型对数据结构的设计提出了较高的要求,本实现方案通过采用多种数据寻址方式和多种类型存储器较好地解决了这一问题。
数据结构设计要点
系统的数据存放方式有：内部ROM、RAM和外挂EEPROM。
内部ROM用来存放大量的常数表格;RAM用于存放临时变量和堆栈,本方案需要2.5kB左右的RAM;串行EEPROM则存储各种用户电量数据和设表参数,通过I2C总线与CPU交换数据,电能表按设计需求的最大要求大约需要250kB的EEPROM,本方案采用8片256位EEPROM通过级联来实现。
数据寻址方式
EEPROM数据访问采用两种方式：直接地址访问,通过数据的EEPROM地址直接读写数据;数据ID寻址,通过数据的编码读写数据。
通信口复用功能设计
红外通信和RS-485共用一个串行口（RxD/TxD）通信,由于串行口通信开始都有一低电平位（0）,因此将红外接收端（与485接收端用一三极管隔开）引到一中断引脚INTP1,通过其引发的中断可判断串行口数据是否来自红外。
发送时按对应方式发送,使其不互相干扰。
由于红外通信和遥控接收用同一接收管,因此在判断红外来源的中断中启动定时器INTTM4检测红外接收端,如果检测到脉冲宽度为9ms或0.56ms,则判断为红外遥控,并根据定时检测遥控编码;否则判定为红外产生的串行口接收中断,并将定时检测关闭。
红外38.4kHz调制信号由CPU内部分频输出（P05/PCL）。
f=fx/27=4.9152/128=38.4kHz。
因红外发送字节之间可选有15～20ms的延时,而485通信则不需要延时。
数据发送在发送中断中进行,红外通信在发送操作后立即关闭发送中断允许,待延时时间到后再允许发送中断。
多功能表程序流程图
多功能表主程序流程主要包括初始化、数据校验、负荷曲线修补和事务处理等,其流程图如图5所示。
日常事务处理流程集中体现了多功能表的大部分主要功能,包括费率处理、计量数据采集及处理、自动抄表、电能脉冲输出、校表模块和掉电检测及处理模块等,其流程图如图6所示。