单相电能表及检测电路说明书

单相电能表及检测电路
单相电能表是人们日常生活中必备的测量仪表之一。

使用了微处理器的智能单相电能表，不仅具有传统电能表的电能测量能力，还可具备测量数据远距离传输、远距离用电管理等功能，是实现智能电网不可缺少的仪表。

图中的电路分两大功能区域:简易的智能电能表部分和交流电压和电流检测测试工装部分。

简易智能电能表主要由电能测量芯片BL0930 （U4）和单片机（U1）部分组成。

BL0930（U4）用于实现电能的测量，引脚2（V2P）和引脚3（V2N）分别为电压采样输入信号的正、负输入端，引脚4（VIP）和引脚5（VIN）分别为电流采样输入信号的正、负输入端，BL0930对输入的电压和电流两个通道的输入电压求乘积，并通过信号处理，把获取的有功功率信息转换成频率。

以低电平有效的方式从引脚16（F1）、引脚15（F2 ）输出与功率相关的频率信号，实际功率的输出脉冲（F1，F2）计算公式：
其中：Freq——引脚F1，F2 输出脉冲频率，
V(V)——电压通道的输入电压的有效值
V(I)——电流通道的输入电压有效值
Vref——基准电压（2.5±8%）
Fz——由主时钟分频获得，分频系数由S0 和S1 确定，详见表1：
Gain----电流通道的系统增益，由G 的逻辑输入决定，详见表2;
表1 分频关系
表2 电流通道增益
引脚8（SCF）、引脚9（S1）、引脚10（S0）是BL0930 芯片模式选择管脚，可以通过接不同的电压（+5V，0V）来调整芯片的工作模式，选择CF与F1、F2的频率比率，比率与SCF、S1、S0的关系如表3所示：
表3 工作模式
单片机部分中，G1、C1和C2构成了时钟电路，晶体频率使用11.0592MHz；R1和C3构成了系统
的上电复位电路；单片机的P0口用于4位共阳LED显示器的段码控制驱动（低电平有效），P2口的低4位用于控制三极管Q1～Q3，实现LED的位码控制和驱动（低电平选通）；2只控制按键K1和K2通过P2.4和P2.5口输入到单片机，用于实现智能电能表的控制操作；U2为串行E2PROM芯片24C02，它的内部有256字节的存储空间，用于智能电能表的运行参数及1年的电能测量数据的掉电保护，
24C02与单片机之间采用2线接口，P2.6用于实现接口的时钟线SCL,P2.7用于实现接口数据线SDA；U3为SP485，用于将单片机的串行通信口（RXD、TXD,TTL电平）转换为RS-485口(J1：1脚VCC、2脚GND、3脚485-b、4脚485-a)，实现智能电能表的远距离数据传输与控制，简易智能电能表的工作电源（直流5V）使用USB口（J2）取电。

出于安全的要求，竞赛用智能电能表的测试不使用交流～220V市电,所需的交流电压和电流由测试工装电路模拟提供。

测试工装由音频功放TDA2030(U5)等组成，提供交流信号放大、滤波等功能，测试工装所需的+12V的直流电源由J5单独输入提供，信号发生器通过J6输入交流正弦信号，该信号经过放大后经J7提供电压采样信号，经J8提供电流采样信号，分别连接到电能表的电压互感器和电流互感器输入端。

简易单相电能表及测试工装电路单片机程序的功能简述如下：
一、基本功能：
1、实现时钟；
2、实现T1(CF)的计数，通过不同的标定实现不同范围的电能测量；
3、实现按键控制与LED显示，K1用于切换显示的内容（年、月日、时分、电能计数值），K2
实现日期、时间的调整；
4、实现串行E2PROM（24C02）的读写，可保存系统密码、日期、时间及1年的抄表数据。

每
月15日的0点将电能表的当前的年、月、日及电能表的读数保存到24C02中（当月抄表数据）。

5、实现RS-485口，每月定时上报抄表数据，也可通过上位机查询、控制智能电能表的工作。

二、按键功能：
1、K1 —显示翻页（年、月日、时分、电能计数值）；
2、K2 —调整日期、时间，均做+1，年（2012～2020循环显示）、月（1～12循环显示）、
日（1～31循环显示）、时（0～23循环显示）、分（0～59循环显示）
三、使用步骤介绍：
1、上电后，LED显示电能的测量值；
2、测试工装J6加入输入信号。

3、将J7 J8连接到J3J4（注意地线位置），用示波器观察BL0930的CF引脚，该有输出信号。

4、用k1按键控制LED显示电能测量值，可见电能显示数值增加。

5、通过RS-485口可查询当前的电能读数。

6、每月的15日为抄表日，0点时自动将当前的年、月、日及电能表的读数保存到24C02中
（当月抄表数据），可通过将系统当前日期设置为14日23点59分，等待系统时间为0点后，抄表数据就应该已经保存了。

7、通过RS-485口可查询当前的电能读数，J1为RS-485口，其中的3脚为RS-485的B线，
4脚为RS-485的A线，通过RS-485到USB口的转换器，可将该口连接到计算机，并通过串口测试程序模仿上位机给智能电能表发送命令，串口的波特率为9600bps,8位数据位，1位停止位，无较验。

装配图如下
装配注意
除了J5和J6需要焊接插座用于连接测试以外，其余几个插座的连接请选手自己焊接导线连接，以便于调试。

在现场所发元器件中，贴片电容没有写明电容量，是根据使用量发放的，可以据此判断。

现场发放数量如下
20p 4只
333 6只
104 8只
105 3只
元器件清单如下：
职业学校技能竞赛电工电子类电子产品装配与调试 产品说明书 高职/教师组
电子产品装配与调试 产品说明书 第5页 共5页 高职/教师组
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