智能单相电度表设计

智能单相电度表设计【摘要】本文首先介绍了电量计量芯片ADE7753芯片的功能特点，并使用STC90C58单片机为控制核心，加载ADE7753、IC智能卡等，分析了设计预付费智能单相电度表的设计思路。【关键词】单相电度表；智能；单片机；STC90C58；ADE77531.引言随着电子技术的发展，电度表已经由传统的感应式机械表，逐步被电子式电度表替代。电子式电度表作为一种电能计量工具，在日常电度计量中等到了广泛的应用。随着微电子技术的飞速发展，使得采用单片型微控制器和大规模集成型电量计量芯片设计的电度表日益普及，也使电能的计量的技术水平和性能得到长足的发展[1]。用户对电能计量的要求也越来越高，不仅要求电能计量表性能稳定、计量准确，还要求能显示剩余电能值和已用电能值，使用户直观地了解电度表的工作状态以及用电负荷等信息；电力部门也要求做到低功耗、高质量和高可靠性，同时还要求其具有计费、掉电保护等功能[2]；还要求有多功能计量，如：有功功率、无功功率、功率因数、电流、电压等数据的测量。2.系统总体设计本系统采用STC90C58型单片机作为核心控制器，克服电磁感应式电能表的计量不准确的精度问题，同时实现不同时段电量计量和不同电费计费方式；采用ADE7753电量计量芯片，实现具有有功功率、无功功率、功率因数、电流、电压等数据的测量；采用智能卡实现预付费计费方式，减少人工抄表的麻烦；系统自动判断所带负载的大小，当负载超过一定的量时，自动切断电源供电，实现过载保护功能，防止公寓供电过载引起火灾。2.1系统硬件设计2.1.1ADE7753电量计量芯片简介[3]ADE7753是由美国ADI公司生产，是具有SPI接口的单相多功能电能计量芯片之一，为电能表生产厂家设计低成本多功能电能表提供了可能。其主要特性如下：(1)提供有功、无功、视在电能的测量；电流和电压有效值测量。(2)实时提供电流、电压、有功波形数据。(3)提供电压信号过零点指示方波信号。(4)电流和电压通道放大器的增益均可由用户编程设定。(5)在1000:1的动态范围内，有功测量误差小于0.1%，测量精度高，满足IEC61036/61268等IEC标准的要求。(6)功率、相位和输入失调均可实现数字校准。(7)提供可编程的有功校正脉冲输出接口。(8)SPI兼容串行接口，便于单片机对其进行控制。2.1.2系统硬件组成本系统设计采用STC90C58单片机为控制核心，ADE7753电量计量芯片向单片机提供所测量的电量数据，单片机进行分析处理，并控制LCD显示模块，将电量信息、电费信息等显示出来，并定时将电量等信息存储到非易失存储器中，系统并采用IC智能加密卡实现用户预付费计费方式，系统还具有负载过载短路等保护切断电源供电功能，防止由于负载过载或短路造成火灾危险，系统考虑到要能分时段计费，因此配备了DS1302时钟电路。本系统具体硬件模块主要由继电器控制、电流电压取样模块、电量计量模块、单片机控制模块、LCD显示模块、时钟模块、掉电检测、IC智能卡读写模块、非易失存储器和电源模块等组成。系统机构图如下图1所示。系统各部件模块功能介绍：继电器控制模块：用来切断/接通电源供电。当预付电费用完或线路中检测到负载过载短路时立即切断电源。电流电压取样模块：将供电进户线中的电压、电流数据用电压互感器、电流传感器传递取样出来。电量计量模块：采用ADE7753计量芯片，测量有功、无功、视在电能、电流和电压有效值等数据。非易失存储器：采用AT24C02掉电非易失存储器，存储主要包括电量参数、用户信息和异常事件记录等信息。LCD显示模块：采用RT1602液晶模块，显示已用电量、剩余电量、已用电费、剩余电费等信息。时钟模块：采用DS1302时钟计时芯片，实现准确走时。为单片机实现分时段计费提高可靠时间依据。IC智能卡接口模块：采用西门子IC卡，提供用户信息、预存电费、剩余电费等信息。掉电检测模块：掉电检测主要由电压比较器、电压基准等组成。当系统掉电时，电压比较器输出低电平，控制单片机STC90C58产生外部中断处理，将电量信息立即存储到非易失存储器中，保证数据不会由于掉电而破坏。电源模块：本系统内设计5V电源。为提高抗干扰能力，系统电源进线处则使用磁环来防止高频干扰脉冲对电路的影响，系统电源的性能很重要，它直接影响到电表能否稳定运行。单片机控制模块：采用STC90C58高性能、稳定性强的单片机，保证系统的可靠运行。2.2系统软件设计系统软件主要负责使各硬件部件协调工作实现完整的电度表功能，程序开始要进行系统初始化，如ADE7753计量芯片初始化设置、LCD液晶初始化、单片机中断系统初始化等操作；接着要进行IC卡信息读取操作，将用户信息、预存电费、剩余电量等信息进行读取；然后将相关信息在LCD液晶进行显示；系统自动判断剩余电量，若无剩余电量系统控制继电器切断电源供电，并作相应声光报警提醒；若有剩余电量，则系统开始进行ADE7753芯片读取，将电量检测数据读取出来、并读取时钟芯片DS1302的当前时间、分时段进行累计，并将电量信息进行随时存储；最后系统对读取的电流数据进行分析，判断是否出现过载短路保护等情况，系统自动进行保护措施。具体软件流程图如下图2所示。3.结束语本设计介绍的智能单相电度表具有制作成本低、精度高、多功能、性能稳定的特点，可以适用于普通家庭用户，小区用户，学生公寓等，实行“一户一表”的完整的集检测、控制、存储于一体的智能电度表。由于本系统采用IC卡预付费设计，因此解决了目前广泛使用的电度表还需人工抄表的麻烦。且系统设计了自动负载过载判断功能，从入户的源头上切断了电源，可以避免一些由于负载过载或供电线路短路等造成的火灾。参考文献[1]唐治平.供配电技术[M]北京:电子工业出版社,2005.[2]柳旭英,张继东,佘娜,等.基于AT89C51的中小型变压器综合保护器的设计[J].工矿自动化,2008(1):37-391.[3]ADE7753DataSheet[Z].