您好,欢迎访问三七文档
当前位置:首页 > 电子/通信 > 综合/其它 > 基于单片机的数字电能表的设计
龙源期刊网基于单片机的数字电能表的设计作者:靳恒伟来源:《电子技术与软件工程》2017年第08期摘要电能是现代居民生活最基本的保障,电能的出现大大加快了社会文明的进步。但在社会不断发展的情况下,电子产品越来越多,人们对电能的需求出现了矛盾。为了将这一根本矛盾缓解,可以采用分时计费的方式调节人们的用电行为。本研究是基于80C51单片机作为主控芯片,对数字电能表进行设计。该电能表可以对家用220V的电器所用电量进行采集并计算,通过单片机将不同时段的用电量分别计费,同时大大提高了电能计量装置的可靠性,将用电进行了科学化和自动化的管理。【关键词】单片机数字电能表设计1系统工作原理当今电力自动化的程度逐渐提高,越来越多的居民区已经实现了远程抄表系统的使用。近年来,为了适应峰谷电价不同的需要,分时数字电能表产生了。它可以分别计量峰,谷,平三个时段的用电量,对不同时间的用电量采取不同的计价方式,发挥电价调节的作用,将电力资源进行合理的应用。数字电表分为电能计量模块和电能数据处理及通讯模块这两个方面。电能计量模块是通过使用电能计量芯片来记录是否有电能产生,电压,电流值,功率等数据。然后再将采集到的数据传递到电能数据处理模块。该模块将处理后的数据储存到Flash芯片中,将电能数据显示在液晶屏上。整体框架如图1所示。2系统硬件设施2.1电量采集电路设计本文设计的基于单片机的数字电能表,是一种基本结构与特性和通用仪表类似的智能型仪器,但又有其自身的特点。根据现在三相交流电表存在的局限性,为了是仪器更为精准,本研究通过采取多种措施,如电表对性的接口有较高的要求,而且计算任务重大,于是通过采用增强型的单片机80C51,来完成复杂的计算,实现高速采样的要求。系统的整体电路原理图如图2所示。在此设计中,是以80C51芯片为核心进行数据采集和变换功率,是其不仅具有一般数字功率的准确性高的特点,还可以将电压,电流,功率同时测得。电能表作为一个独立的电能计量系统,不仅需要对结果数据进行处理,还需要具有控制和管理,外部接口以及显示的功能。将80C51芯片作为处理器,就可以建立具有一定功能接口的电能计量系统。另外,在整个电能计龙源期刊网量系统中都采用模块化的思想,将仪器按照功能把软件和硬件分为若干模块并分别进行设计与调试,然后进行总体的调试。2.2显示电路设计显示电路是采用LCD以数字的形式进行显示。LCD的数据口连接80C51单片机的P0口。RS,RW,EN控制端分别与P1.1,P1.2,P1.4进项连接。2.3时钟电路设计时间是数字电能表一个非常重要的参考数据,主要是记录所耗电能的时刻,对于有效监控电能的使用情况有着重大的意义。由于80C51内部的时钟精确度不够,因此本设计中采用了时钟芯片。单机片系统将通过时钟芯片产生的信号读取具体的时间日期以及数据,计算出各个时段的费率。在停电的时候,时钟电路中的备用电池能够使其能够精确计算电能消耗的各个时段直到回复供电。2.4停电抄表电路模块设计本设计中为了保证停电时系统的核心部分仍能正常工作,采用的是3.6V的锂电池与低功耗稳压芯片相配合的方式作为系统的后备电源。当停电需要查表时,可以通过按键将系统中断唤醒,数字就会显示在液晶屏上。停电时与正常供电时所采用的电源形式不一样。为了实现这两者之间的切换,我们将电源开关电路经过的稳压芯片的电压控制在3.3V左右,而电池供电的电压控制在3V左右,再将肖特基二极管连接在两个电路的输出端。在正常供电的时候由于二极管不可以反响导电而被切断供电;在停电时,开关电源的输出电压为0,在二极管正向导通后,电池供电电路就将会向系统供电。3系统软件设计在由单机片组成的检测系统中,软件的设计也相当重要。当完成整个系统的硬件设计后,此时就要设计软件来完成整个系统的功能。在系统的硬件条件相同的情况下,软件决定了整个系统的运行效率。C语言在单片机软件的开发中发挥出越来越重要的作用,在软件的开发中开发者不必总是编写冗长复杂的汇编语言程序。该系统程序通过采用模块化的方式调试和完成程序的编写。编写的该程序主要是由脉冲采集子程序,液晶显示子程序,停电抄表子程序等组成。当单机片执行初始化程序完成后,该程序首先读取芯片上保存的数据并显示出来,然后实时读取电能计量模块输出的脉冲信号,并对产生的脉冲信号进行累计,以3200个脉冲为1kWh进行电量的计量,并通过液晶显示屏显示出来。本设计通过多次的实验,运行状态稳定,计量产生的结果精确,达到了设计的要求。4结束语龙源期刊网本设计是基于单片机对数字电能表进行设计,使其能够对不同时段的电量进行准确的计量。在电路硬件连接正确,程序设计合理的情况下,电能表的功能就会符合设计的要求,并经过一些列的运行测试,发现运行状态稳定,计量的结果也相当精确。而且本设计的方法简单,设计出来的数字型电能表性能好,所耗费的成本少,是一个具有一定实际应用价值的产品。参考文献[1]汪国林.基于MSP430的数字电能表的设计技术研究[D].合肥工业大学,2004.[2]刘洪利.智能型复费率数字电能表的设计[J].上海电力学院学报,2005,21(03):241-243.[3]孟祥宇.基于单片机的数字电能表设计[J].中国科技博览,2013(28):21-22.[4]马忠梅.单片机的C语言应用程序设计[J].北京:北京航空航天大学出版社,2013:46-46.龙源期刊网
本文标题:基于单片机的数字电能表的设计
链接地址:https://www.777doc.com/doc-4571200 .html