基于单片机的数字电能表设计

学号： 密级： 本科毕业论文基于单片机的数字电能表设计院系名称：专业名称：电气工程及其自动化学生姓名：指导老师：郑 重 声 明本人呈交的学位论文是由本人在导师的精心指导下，独立学习、研究、设计出来的成果，论文中的所有文字、数据、图片资料、表格真实可靠，都由本人亲自撰写。据本人所知，论文中除文中已经注明引用的内容外，不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，都已经在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名： 日 期： I摘要随着电力需求的急骤上升，电能表作为计量电量的主要工具， 设计出功能 更多、准确度更高的电能表对于节约用电有极其重要的意义。本文采用单片机作为主控芯片，该电能表具有精度高、准确等优点，有很好的实用开发价值。数字电能表的诞生打破了传统电子测量仪器的模式和格局。它显示清晰直观、读数准确，采用了先进的数显技术，大大地减少了因人为因素所造成的测量误差事件。数字电能表是把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式，并加以显示的仪表。数字电能表把电子技术、计算技术、自动化技术的成果与精密电测量技术密切的结合在一起，成为仪器、仪表领域中独立而完整的一个分支，数字电能表标志着电子仪器领域的一场革命，也开创了现代电子测量技术的先河。本设计以单片机为开发平台，控制系统采用 AT89C51 单片机，A/D 转换采用ADC0832。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便进行 8 路其它 A/D 转换量的测量、远程测量结果传送等扩展功能。简易数字电能测量电路由 A/D 转换、数据处理、显示控制等组成。关键词：数字电能表；AT89C51；硬件合成IIABSTRACTWith the rapid rise in electricity demand, power meter as the main tool for measuring power, design functionality, accuracy for higher energy meter is of extremely important significance to conserve electricity. This article uses as the main control chip, the energy meter has the advantages of high accuracy, accuracy, and has great practical value. Digital meter, which breaks the traditional patterns and patterns of electronic measuring instruments. It shows the clear, accurate readings, using advanced digital technology, greatly reduced due to human factors measurement error caused by the event. Digital meter is converts continuous analog not digital forms of continuous, discrete, and display instruments. Digital meter results of electronic technology, computing, automation technology and precision measuring technology closer together, become independent in the field of instruments, meters and complete a branch digital meter marks a revolution in the field of electronic devices was a pioneer of modern electron measurement technology. The design based on single-chip microcomputer for the development platform, control system with AT89C51 microcontroller, a/d converter using ADC0832. System can ensure the realization of requirements of functionality, can also be convenient 8-channel a/d converter measurement, remote measurement result transmission extension. Simple digital energy measurement circuit controlled by the a/d conversion, data processing, display and so on.Key word: Digital electrical energy table; AT89C51；Hardware synthesis目录摘要 .IABSTRACT .II第 1 章 绪论 .11.1 选题的背景与意义 .11.2 电能表的研究现状与发展趋势 .11.3 主要研究内容 .1第 2 章 系统总体设计方案 .32.1 电能表的分类 .32.2 电能测量的原理 .42.3 数字电能表的工作原理 .42.4 硬件总体设计方案 .5第 3 章 系统硬件设计 .73.1 AT89C51 单片机系统 .73.1.1 主要参数 .73.1.2 引脚功能说明 .73.1.3 单片机最小系统 .83.2 ADC0832 芯片 .103.3 电源模块 .113.4 实时时钟电路模块 .123.5 显示模块 .133.6 存储模块 .143.7 电流电压采样模块 .15第 4 章 系统软件设计 .164.1 软件介绍 .164.2 系统软件方框图 .16第 5 章 总结与展望 .17参考文献 .18致 谢 .191第 1 章 绪论1.1 选题的背景与意义当今社会，人们的生活水平越来越高，科技也在不断的发展和进步，生活中无时无刻不存在电，随着电网技术的不断发展，传统电表无法有效解决的电能计量、电能计费纠纷这一问题，智能数字电表必将给我们带来新的惊喜。所以智能数字电表技术的研究具有重大的现实意义。本课题的研究目的正是利用应用领域非常广泛和技术成熟的单片机作为核心设计出新型的数字式电能表。根据我国目前的发展状况和广大用户的用电状况,发现现在所使用的电能表比较落后,精确度不高,并且功能较少,这样既浪费资源又不能满足人们目前的要求,影响社会的发展。因此,有必要改进和创新老式电能表。1.2 电能表的研究现状与发展趋势数字电表的产生对于现代高速发展的科技时代具有重要的贡献。目前国内已经有很多类型的数字电表在实际生活中得以应用。其中基于单片机的数字电表应用很明显。例如： 以AT89C51单片机和电能计量芯片ADC0832为核心, 配合电压、电流互感电路，存储电路等实现对电参量进行高精度计量，不仅可以实现电能的测量，还可以对电压、电流有效值、功率等电参量实时测量。而且该设计的测量精度误差在1%以内，电路的结构也很简单，很有发展前景。单片机、芯片、时钟、电源、存储器、显示器等这几部分组成了电能表。将电流电压转换为可以检测的电量，然后把检测到的数据传送给单片机,单片机再把数据进行一定的处理,通过A/D转换器转化为显示器可以显示的内容,那么就进行了电能的测量，从而达到我们想要的效果。随着微电子技术的迅猛发展,微控器(单片机)和大规模集成电路在电能计量领域的广泛应用,使电能表的技术水平和性能得到了长足发展，数字电表得以产生，在实际应用中的优势非常明显。1.3 主要研究内容本设计是基于AT89C51单片机的单相电能表设计，能实现家庭用电计费，并能完成分时计费功能，其中电压电流采样模块实现了将电网中的不可直接测量的2大电压大电流转变成为可以用来处理测量的小电压小电流。把采集到的数据通过ADC0832芯片转换送给单片机，电源模块为整个智能电表提供了稳定的电源，LCD1602模块为用户提供了清晰、实时的电量信息。存储器可以用来存储不同时段的用电量，它还可以在单片机内部RAM掉电时及时存储可能丢失的数据。本课题的研究应该在满足要求的前提下，去探索数字电表的设计。力争设计的电能表能满足最基本的电能计量、计费、显示功能。原理力求清晰明了，功能力求达到使用要求，装置力求简单、操作方便，并在此基础上加以创新。遵循导师的指导不断改正，做到优秀。该论题研究的内容主要是以下几个方面：1电能表及数字电能表现状； 2计量电能的途径和技术现状； 3基于单片机的数字电能表设计与实现。3第 2 章 系统总体设计方案2.1 电能表的分类电能表按工作原理和结构可以分为三类：感应式电能表、脉冲电能表和电子电能表。1.感应式电能表：感应式电能表一般由补偿调整装置、测量机构和辅助部件这三部分组成。其中补偿调整装置包括满轻载调整、满载调整、防潜调整和相位角装置，有的还装有温度补偿和过载补偿装置。测量机构包括制动元件、驱动元件、转动元件、计度器和轴承；辅助部件包括外壳、机架、端钮盒和铭牌；感应式电能表测量机构的驱动元件包括电流元件和电压元件，它们的作用就是把被测电路的交流电流和电压转换成穿过转盘的移进磁通，在转盘中产生感应电流，从而产生驱动力矩，驱动转盘转动。2.脉冲电能表把感应式电能表的电磁系统作为工作元件，然后加上一个脉冲发生装置就构成了脉冲电能表。如果将感应式电能表的圆周进行均匀地标记和分度，然后用反射式或穿透式光电头发射光束，采集铝盘旋转的标记，最后再由光电变换线路变换，普通感应式电能表即可输出与电能成正比的脉冲。因此脉冲电能表是一种输出电能脉冲的仪表。3.数字电能表：数字电能表采用专门的电