多用户多功能电能表.doc

摘要
现今社会上，出现了许多电子式电能表，而这些产品大都是单纯针对电能的计量所设计的。但是随着社会的发展，电能的计量需要集中化，多功能化；所以电能表也将由单一的电能计量功能，发展为多功能多用户电能表。
电子式多功能多用户电能表采用了AT89C52单片机作为控制核心，电能计量采用专用电能计量芯片ATT7022。通过电压互感器和电流互感器对电压和电流的有效值进行采集；24户电压和电流的输入利用CD4051模拟开关来进行控制。CPU通过SPI总线读取ATT7022寄存器的数值，然后进行数据的存储、处理、和显示等；存储部分采用的是24C04；显示则选用了74LS164驱动LED数码管的静态方式。
本系统的软件编写采用C语言，可读性比较强。主要完成对电能、电压有效值、电流有效值、功率因数的测量与显示等功能。
关键词：电子式多功能多用户电能表；电能计量；SPI总线。
目 录
1 绪论 1
课题背景 1
课题的研究内容与意义 2
2 方案的比较与确定 4
整体方案的确定 4
元器件的比较与选择 6
元器件的型号与种类的选择 17
3 硬件电路的设计 18
CPU电路的设计 18
电能计量电路的设计 26
显示模块的设计 41
键盘控制模块 43
4 多功能多用户电能表的软件设计 45
软件的总体设计 45
显示模块的软件设计 45
采集电路的流程图 47
总程序流程图 48
5 结束语 49
参考文献 50
致谢 51
附录1 52
附录2 54
附录3 55
附录4 66
1 绪论
课题背景
微电子技术和计算机技术的高速发展是电子式电能表迅速进步、日益成熟的主要技术支撑。准确度高、可靠性高的元器件以及大规模集成电路等的采用，使电子式电能表的使用寿命、准确度、稳定度等技术指标均显著改善。微机化令电子式电能表的增添变得容易，并逐步使电能管理的自动化与智能化成为现实。
电子式电能表在一些工业发达国家已经使用的较为普遍。早在1976年日本就研制出了电子式电能表。当今电子式电能表已发展到与电能的智能化计量管理密不可分的水平，它与电能表收费管理软件、IC卡收费管理软件、掌上电脑管理软件、IC卡发卡机构以及IC卡自动查询子系统共同组成了智能型复费率（分时）电能计量管理系统。
我国从80年代初开始研制电子式多费率电能表，经历了机械钟、电子钟、微处理器分饰开关等发展阶段。90年代初开始研制全电子式电能表，其产品大多数为斯伦贝谢模式。1994年威胜集团、恒通集团等相继推出了三相电子式多功能电能表和电子式多费率电能表；河南思达电子仪器股份有限公司、黑龙江龙电电气有限公司等许多公司和企业也相继开发出了多种类型、规格的单相和三相电子式电能表。经过引进、消化和吸收，在我国，电子式电能表的研制与生产已开始进入创新和符合国情的快速发展阶段。
电子式电能表产品向多功能方向发展，在编程、抄表技术方面已由最初的手工操作进步到目前应用广泛的抄表器自动编程抄表，并正由本地向远程抄表方面发展。同时，电子式电能表由于现行度高、过载能力强、功耗低、抗高次谐波干扰能力强、灵明度高、具备防窃电能力并带分时计费功能，即具有较高的技术附加值，适合现代电能管理的需要，预计在不久的将来会在需求市场上形成一定的规模。
近两年，多种单、三相电能计量专用集成电路的成功开发值得关注。将过去由分立式电子元器件搭接而成的电能表电路改制成专门的集成电路芯片，使电能表的体积大大减小、功耗和单位功能的成本降低、成品率提高，并可简化电能表的电路设计、降低其工艺调整难度。电子式电能表是通过对用户供电电压和电流实时采样，采用专用的电能表集成电路，对采样电压和电流信号进行处理并相乘转换成与电能成正比的脉冲输出显示。根据需要，也可以依据规定的协议（通信协议），将存储的数据（电量等）上传给上位机（主站），上位机也可以对电表进行用、售电管理。从而能改进整个电能表电路系统的性能，而更重要的是使电子式电能表可靠性明显提高。
电子式多功能多用户电能表由于准确度高、功能扩展性强、易于实现多费率和通信等一系列优点，较好解决了机械表长期以来难以解决的诸多问题，将会在现代化电能计量与管理中逐步占据主导地位。
课题的研究内容与意义
本课题主要研究内容
在毕业设计中,所作课题的主要研究内容:
1、电能表的硬件设计:
（1）前端采集模块的硬件电路。
（2）显示模块的硬件电路。
（3）键盘控制模块的硬件电路。
（4）存储模块的硬件电路。
2、电能表的软件设计：
（1）键盘