电子式电能表设计毕业论文

山东专学校毕业设计论文

题系专班姓学

目：单相电子式电能表设计部：业：电子测量技术与仪器级：名：号：指导老师：

摘

要该系统主由显示模块、键模块、钟模块存储模块、通讯块、CPU模、CS5460A电能表芯模块和前端路调理模块分组成。前电路调理块采用2mA2mA电流互感和电流互感和精密电阻实现对电的转换，采用RC滤波络滤波然后采用美国CRYSTAL公司的新电能计量芯CS5460芯片实现对电流、压和电能的量与转换；时模块采用DS1302时钟芯片为统提供时钟准，存储模采用AT24C16，为系提供数据存；显示模块OCMJ4X8CM液晶，通信块采用Max232片，并利组成的CPU块控制所芯片的工作、测量计算电能，往显示模块存储模块进实时显示和储，并通过标准接口送PC位进行同步示并且电能表还设GPIB地址，以于电能管理统对电能的理。关键字：；AT89S52；讯；OCMJ4X8CM；revealedthemodule,module,module,module,communicatemodule,CPUmodule,CS5460Aelectricenergymetermodulefrontpartoftheup.Thefrontrecuperatestheandelectriccurrentmutualcurrent

mutualinductorandaccuraterealizethecityelectricity,RCwavenetworkwave,chip,CS5460realizecurrent,voltage,measurementofenergynewenergyofCompany,CRYSTALofU.S.A.;moduleDLS1302chipofferbasisthesystemRevealusesOCMJ4X8CMcommunicationMax232utilizeCPUmodulethatAT89S52makesupworkallchips;Measure,electricsendisshownmodulethemodulepaysrevealingstoringrealtime,sendlocationplaneonmeter;OCMJ4X8C

energy

目

录摘要................................................................................................................................IABSTRACT..................................................................................................................I第1章综述.第2章总体方案设计设计要系统的本方案...........................................................................................2电能计部分...............................................................................................2概述其他模部分...............................................................................................5第3章系统硬件设计与现.....................................................................................8直流稳电源的设前端电调理模块设计电能表量模块的计通讯模的设计液晶显的设计.........................................................................................11第4章系统软件设主程序程图系统初化子程序系统子序模块第5章系统调试软、硬调试功能测系统整电路图

误差分及改进措总结.参考文献致谢辞.第1综述1.1能表的发概况作量电能的用仪表能,自诞生至今有100多年的历史。随着电力系统及其相关产业的发以电能管理系统断完善,电能表的结和能经不更优化发展过程:由初感电表,展到后来的感系冲能表,直至在的纯电子电能感应系能表是利用处于变磁的金属圆盘中的感电与关磁形成力原理制的。感应系脉冲电能表仍采用感应系电能表测机构作为工作元件,光传器成能冲换,然后经电电对冲进行处理从实对电的量纯电子电能表的原理是采用电路电,所以电子式能表的共特是采用器,根据所依托的乘法器模拟是数分模法器型电电能表数乘法器型电子电能表。随着电能理现化要访问能很多,同时决策要电能表进双通,由于字法型电能表是以微处理器为核心,所以功容易扩展,易和配电自化统集成,此文计一基电计芯CS5460A

的电

子式电,CS5460A

是带有双向电能电路芯片,极处理器连接1.2计概况本在参阅了量前人计电子式电表的基础，利用单片技结合电能芯CS5460A

构了一个相电子式电能表。本文首先简要介绍了设计电能表主功能以及系统体方案然后详细介绍单电式电能表的设流程，以及硬件系统和软件系统的设计，并给出了件路的设计细节，包括各部分电路的走向、芯片的选择以方的可行性分析等。第2总方案设计2.1设计能求设计制作只交流电能表，设计的要要求如下

（）该交流电表能实现对相交流电能测量；（）电表参数额定电压220V,额电流5A,最大流10A，最大计度容量：99999.99Kw.off、光显示隐藏（Cursoronoff、显符闪烁（Displaycharacterblink、光移位（Cursorshift、显示移位（Displayshift、垂画面卷（Verticallinescroll、反白显示（By_linereversedisplay、待命模式（Standbymode。主要参数：1、作电压(VDD):4.5～2、辑电平:2.75.5V3、LCD驱电压(Vo):0～7V4、工温度(Ta):0～55(常温～75℃（）保存温度(Tstg):-10～65℃(常温)-3085(宽本不仅可以示汉字而可以显示行可以同时显示多，便；以串，占IO口便于控制2.5.4通模块同步通信用的资源较而且需要外时钟提供同信号以提高受数据的准确性，围电路较复杂，传输出错误，则成批报废，而步通信围路简单，传输速度快。所以我们串口异步信。使RS-232C做接标准的通模，传率20kbps,在15m范围之内，可行有通讯，且可直接和机，有利于进步的功能展，使也较方便。由于89S52片机输入输出平为TTL平,而配置的是RS-

232C准串行接,两的电气规范一致,片机中的号电平是TTL型的RS-232C采用负辑，为了完与通信线数据通信功能,须进行电平转。两种电转换电路通是由专用电转换芯片MAX232来实的实现232C与平的转换。2.5.5钟模块时钟模块用DALLAS公司出的DS1302。它内含有一个实时钟日历和字节静态RAM，通过简单串行接口与片机进行通，实时时钟日历电提供秒分、、日期、月年的信息，月的天数和年的天数可自动整时钟操作通过AMPM指示定采用24或12小时格式DS1302与单机之间能单

图1302管脚图地采用同串行的方式行通信，仅用到三个口：1RES复位IO数据线，3SCLK串行时钟钟，RAM的读写数以一个字节多达个字节的字组方式通信DS1302工作时耗很低，保数据和时钟息时功率小1mW，DS1302是由DS1202改进来增加了下的特性，电源管脚于主电源和份电源供应Vcc1为可程涓流充电源附加七个字节储器，它广应用于电话真便携式仪以及电池供的仪器仪表等产领域，其管功能图如图所示。2.5.6储部分存储部分用AT24C16存储芯，其具有下特性特性*与I2C总线兼*1.8到.0伏工电压范围*低功耗CMOS技术*写保护功当WP为高电平时入写保护态*页写缓冲

*自定时擦周期*可保存数年8脚SOIC或封装*温度范围业级工业和汽车级AT24C16支持C总数据传送协I2C线协议规定,任将数据传送到总的器件作为送器,任何从总线接数据的器件接收器,数据传送是产生串行时和所有起始止信号的主件控制的,主器件和从器件可以作为发器或接收器,由主器件制传送数发送或接收的模。由于其控引脚较少，用单片机口较少，在少数据存储中非常大优，因为在本计中，我们需将校表数及少量的电数据存储其中，以到系统掉电不丢失数据，免每次开机时校表过程，故选用控引脚简洁的非常的合适第3系统硬件设计与实现3.1流压源设电源电路整个系统能定工作的前和关键，系中的各个单元电需要使用流电源电本设计采自制电源供电方式将220V交流电通过源变器变成交流低压再过式整路整流和波，在定三端稳压器的两端形成一个并不稳定的直电压，直电压经过的压电容的补偿，便稳压电的出端产生了精度高、稳定度好的输出电压自制电原如图3-1所：

μ

μFμF图3-1+5V直电的设计3.2前端路理块设3.2.1压调理部对统的前端压调理分我们采用变比为2mA2mA的电流互感器电输入电路部分电路如图2-2所示。系统设计采用220V的市电电输，首先外接Rx=110k电阻得到2mA的电流，然后通过变比为2mA2mA的器然在侧连接1个125Ω的定值电阻得到所需输入压以为CS5460A提供压号，不超出片的测量范围当然电阻R2可根据不同的电来调整。并加RC滤波络信号滤波，并入放抖电保护芯片。3.2.2电流调理部分电理部分用比2000：的流互感，然后经精阻将电流号转变电信号并加入滤波网络对信号初步滤波，并加入放抖动电容保护芯片。变后补信号模电压的式接到

的模拟信输端由感器角差的影响，可能造成输入信号的相移使率测量的误差增CS5460A

具有相补能可行-2.4°+2.5的位补偿步进0.34，以大大减小互器角差

的影响。NL

1kΩ

CT

1K1KL

L4mA/2mA

66Ω

K

K0K

VIN-CT

K

L

L2A/2.5mA

30Ω

1K

1K

IIN-图前端调理。3.3电能量块设经调理电调理的电压号、电流信通过、IIN-、VIN+VIN-接口送入能表芯片CS5460，芯经放大、滤、采样、计，计算出瞬时功率，根据周期计寄存器内设的计数周期算出电能值电流有效值、电有效值，并其存入相应寄存器中，后单片机通与芯片

通信将相寄存器中的能值、电压效值、电流效值读出，送予液晶显示。可电能转化与电能成正的脉冲，由EOUT口输出以便于电表的检定。CS5460与片机的连图如图3-2示：3.4通讯块设Max232德州仪器公TI)推的一款兼容标准的芯片。Max232芯片起电平转的功能,使单片机TTL平与的RS-232C平达到匹配串口通信RS-232C接口用9串口DB9,串传输数据只将两个串的“发送数”与“接收据”交叉连，再加上信地线就能实现。口通信又分询和中断两方式，在本统中，通讯据不固定，数据大，所以采中断方式进通讯,具体电路图所示图CS5460A与单片机接图图通讯模块件接线图在设计中,用的是晶振以定时器T1方式制波特率，此时定时T1相当一个16位的数器,其波特率计公式如下:方式的波特=定时器T1的出率（1）定时器T1的溢率计算公为：定时器溢出率（2）3.5液晶示设本设晶的串行接，片通过晶口SIO向晶寄存器写命，进实现对液晶示的控。其与单的连接图图3-4

D6XD6XMCU块VCCU4140VCC239P0.338P0.437P0.5363P0.6354P0.734P0.833P0.RST7RST710VCCRXD/P3.0AX30ALETXD/P3.ALINT29NINTNINT28INT27T04626T155W14W4RD173XTAL182XTAL2XTAL19P2.XTAL1200VSSAT8图显示电路表：串行模式引说明

GND0VCC123GND4567891011121314151617VCC8GND2021222324

YJBLKBLATNCNCD7液晶显示D5D4D3D2MOCJ4D1D0CMEVOVSS2021SDIKmponent_1引脚名称

方

说明

引

名

方

说明向

脚

称

向123

VSSVDDPSB

---

GND(0V)VCC(35V)0:行；并

567

SDICSBLK

II-

DataEnable背光源负4SCLKI

行串行时钟8BLA-

（）背光源正(+5V)2

3.6键盘设

34键盘用四按键和四个拉电阻构成单的键盘，个按键分别单片

机的平P2.5P2.6P2.7连接，当盘被按下后应口被拉低为低电，进而实现单片机的控。连接图如3-5图盘第4系统软件设计在单片机量系统中，件的重要性硬件同等重。硬件是躯，软件是灵，但系统的件电路确定后，系统的要功能还要软件来实现，而软件的设计大程度上决了系统的性。本系统的件设计是在Keil的软件环境下用语言编程和调试的，系列软具有良好的试界面，优的编译效果丰富的使用资料，用十分广泛而C言功能丰，表达能力，目标程序率高，可移性好，即具高级语言的点，又具有级语言的许特点，两者的完结合，很好实现了软件能。4.1主流图为了实现能表的功能,软可划分为:功能作模块及系参数自校正模块系统功能操模块的主要能为为系统与作人员之间供友好的交界面,对系统行有效的管。因此该功模块为该电表的核心部分其工作流程如图-1所示。其中系统数包括波特、电能常数,应的初始化程包括初始化GPIB地址及特率,初化系统电能数初化电流偏置数初始化电压置系数,始化功率系数。设GPIB地对于单个的能表没有意义,该电能表用电能管理系中时,GPIB地址特别重是电能表区别于他电能表的志。系统参自校正模块要对该表的统参数自校正提一个管理界,用户可以过该功能模对该表的电、电流、功率等参进行校正,并校正后的数保存。主功管理模块主包括

电能检定能模块、电测量功能模、背景光开功能模块、统参数设置模块日历时钟显功能模块。中电能检定能模块主要于送检,处于该状时,电表把所测能通过脉冲输出,以便和标准比较。4.2.系统始化系统开始行后，初始程序将采集据存放单元0将液晶显示数据存放单元清0,口通信波率为9600bits，并置中断，初始化边沿触的部中断0。4.3统子程序块4.3.1统参数自正模块系统参数校正模块主对该表的系参数自校正供一个管理面,用户可以过该功能模对该表的电、电流、功等参数进行正,并把校正后数据保存。其程为给输入通道满量程信号，察显示值，然后根据示值通过键调整芯片内压、电功率等寄存器的数，从而实现系统参数进校准，校准将系统参数存，以确保统的精确测量。流程图如图4-2所示：4.3.2量测量功模块CS5460A测量序用来控制对模拟入电量的测转换和计算，将相应的测量，如：瞬功率、电压效值、电流效值读取到单片相应的寄存中，然后单机根据系统序和键盘命进行调用、输出显示。其流图如图4-3：4.3.3能检定功模块通过键盘定系统为电表鉴定模式使电能表ETUO端输出脉冲通入电能鉴定装置进电能表鉴定流程图如图：

第章系调试根据方案计的要求，试过程共分三大部分：件调试、软调软硬件联。电路按模块调试，各模块逐个调试后，进联调。单片机软件先在最小系统板上调试，确保外部电正工作后，再与系统联调5.1硬调5.1.1件试硬件调试查看个硬件块电路的连是否与逻辑一致，用万用表检测有无短路或短路现象，器件的规格、性否有误。检查完毕，用万用表测量一下电路板正负电源之的电阻，排除短路的可性。5.1.2件试本的软件调因AT89S52核心模使用变得相对容易，keilc

软开发境，能判语法差错和辑差错，断无误后，以直接载单片机中进行调试。5.1.3硬调在软件和件都基本调的情况下，进行系统软硬件联调。按照由上向下，模块化设计的理念对模块逐个调试首，调通液晶显块，接着芯片CS5460A

的压通道电流通通入满量程信号，根据液晶显示对芯片内的校准寄器行设置，进而对测量进行校准调试。调好后，即该芯片正工作后，再通以交流市电进行进一步校准调试。然后再通模块，等模块逐一调通后，再进行联调。再连接成一个整系统调试。

系体电路图5-1所：5.2能试完成了整调试后，对设计进行功测试，为了验其精度,采用人工方法其进行了检,采用装置有:圳科陆公司产的CL311多功能标准,准确度是05级深圳科陆司生产的CL302多功能电测产品检定置,额定电压是220V,标电流是10A验测得数据表1所示表能表测数据cosφ=0.电流

2A4A

UVIA实际表220.2842.0012标准表220.2632.00189误差0.0953%0.03447%实际表220.2844.0074标准表220.2684.01001

P（W221.687221.7760.04013%442.61442.6A8A10A

误差实际表标准表误差实际表标准表误差实际表标准表误差

0.%220.220.0.%220.220.0.%220.220.0.%

0.06509%6.00646.0080.02663%8.01028.01040.00250%10.10.0.00400%

0.04426662.6630.01750%883.883.0.03271%1103.1103.0.01885%

12A

实际表标准表误差

220.28220.0.%

12.12.0.00166%

1323.1323.0.02500%图系统整体电路5.3差定分及进施由于器件度的限制，前调理电路很做的十分精，并且各种扰对仪表正常工作都有害的，电式表的设计除含随机差外，信号线中电流产生的空间磁场，还有共干，信号源中的谐波分量，本身固有的漂移和噪声引起的差为了有效地降低系统的误差，提高电子式电能表的精度可时采用硬件抗和软件抗扰技术1.硬件干扰施1)空次信入采样芯时先通RC有源通器滤除干，再测试端。2)共要数分开接地。尽们采取了件抗干措但由于干扰信号生的原因错综复杂，且具有很大的随机性很保系完不干扰。因此，往往在硬件抗干扰措施的基础上采软件抗干扰技术加以补充，作为硬件措施的辅助手段，件干扰技术方法、灵活方。1)对于AD采样的误差，通过缩小点间隔，N次样的平均值。

2)针前段调理路难做十精确的陷，可通软调整设置CS5460A芯片内寄存中的值来提电表的精确度。总经过不断努力，坚持懈的调试，找并