电子式电能表设计毕业论文

山东XXXX专科学校

毕业设计论文

题 目：单相电子式电能表设计

系 部：

专 业：电子测量技术与仪器 班 级： 姓 名：

学 号：

指导老师：

摘 要

该系统主要由显示模块、键盘模块、时钟模块、存储模块、通讯模块、CPU模块、CS5460A电能表芯片模块和前端电路调理模块部分组成。前端电路调理模块采用2mA/2mA的电流互感器和5A/2.5mA电流互感器和精密电阻实现对市电的转换，并采用RC滤波网络滤波,然后采用由美国CRYSTAL 公司的新型电能计量芯片CS5460芯片实现对电流、电压和电能的测量与转换；时钟模块采用DS1302时钟芯片为系统提供时钟基准，存储模块采用AT24C16，为系统提供数据存储；显示模块用OCMJ4X8CM液晶，通信模块采用Max232芯片，并利用AT89S52组成的CPU模块控制所有芯片的工作、测量、计算电能，送往显示模块和存储模块进行实时显示和存储，并通过标准232接口送往PC上位机进行同步显示，并且本电能表还设有GPIB 地址，以便于电能管理系统对电能的管理。

关键字：CS5460A；AT89S52；232通讯；OCMJ4X8CM；

Abstract

This system is mainly revealed the module, keyboard module, clock module,

store module, communicate module, CPU module, CS5460A electric energy meter chip module and front circuit look after the part of the module to make up. The front circuit recuperates the module and adopts electric current mutual inductor and 5A/2.5mA electric current mutual inductor and accurate resistance of 2mA/2mA to realize the conversion of the city electricity, and adopt RC to strain the wave network and strain the wave, then adopt measure chip, CS5460 of chip, realize to electric current, voltage, measurement and conversion of electric energy by new electric energy of Company, CRYSTAL of U.S.A.; The clock module adopts DLS1302 clock chip to offer the clock basis for system, stores the module and adopts AT24C16, offer the data for system to store; Reveal the module uses OCMJ4X8CM liquid crystal, the communication module adopts Max232 chip, and utilize CPU module that AT89S52 makes up to control the work of all chips; Measure, calculate electric energy, send to is shown the module and stores the module and pays revealing and storing in real time, send PC to location plane go on reveal and this electric energy meter have GPIB address also synchronously through standard 232 interface, so that the control over electric energy of administrative system of electric energy.

Keywords: CS5460A; AT89S52; 232communication;OCMJ4X8C；

目 录

摘要 .................................................................................................................................I ABSTRACT ....................................................................................................................I 第1章 综述 .................................................................................................................. 1 第2章 总体方案设计 .................................................................................................. 2

2.1 设计要求 ........................................................................................................ 2 2.2 系统的基本方案 ........................................................................................... 2 2.3 电能计量部分 ............................................................................................... 2 2.4 CS5460A概述 ................................................................................................ 3 2.5 其他模块部分 ............................................................................................... 5 第3章 系统硬件设计与实现 ...................................................................................... 8

3.1 直流稳压电源的设计 .................................................................................. 8 3.2 前端电路调理模块的设计 ............................................................................ 8 3.3 电能表测量模块的设计 ................................................................................ 9 3.4 通讯模块的设计 .......................................................................................... 10 3.6 液晶显示的设计 .......................................................................................... 11 第4章 系统软件设计 ....................................................................................... 12 4.1主程序流程图 ............................................................................................... 12 4.2系统初始化子程序 ....................................................................................... 12 4.3 系统子程序模块 .......................................................................................... 12 第5章 系统调试 ............................................................................................... 14 5.1软、硬件调试 ............................................................................................... 14 5.2功能测试 ....................................................................................................... 15 5.3 系统整体电路图 .......................................................................................... 16 5.4 误差分析及改进措施 .................................................................................. 18 总结 .............................................................................................................................. 18 参考文献 ...................................................................................................................... 19 致谢辞 .......................................................................................................................... 20

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第1章 综述

1.1 电能表的发展概况

作为测量电能的专用仪表电能表,自诞生至今已有100多年的历史。随着电力系统及其相关产业的发展以及电能管理系统的不断完善,电能表的结构和性能也经历了不断更新、优化的发展过程:由最初的感应电能表,发展到后来的感应系脉冲电能表,直至现在的纯电子式电能表。感应系电能表是利用处于交变磁场的金属圆盘中的感应电流与有关磁场形成力的原理制成的。感应系脉冲电能表仍采用感应系电能表的测量机构作为工作元件,由光电传感器完成电能脉冲转换,然后经电子电路对脉冲进行处理,从而实现对电能的测量。纯电子式电能表的原理是采用电子电路来实现电能计量,所以电子式电能表的共同特点是采用乘法器,根据所依托的乘法器为模拟的还是数字的分为模拟乘法器型电子电能表和数字乘法器型电子电能表。

随着电能管理的现代化,需要访问电能表很多信息,同时决策还要与电能表进行双向通讯 ,由于数字乘法器型电能表是以微处理器为核心,所以功能容易扩展,易和配电自动化系统集成,因此本文设计了一种基于电能计量芯片CS5460A的电子式电能表,CS5460A 是一种带有串行接口的单相双向功率电能集成电路芯片,极易与微处理器连接。 1.2设计概况

本设计在参阅了大量前人设计的电子式电能表的基础上，利用单片机技术结合电能表芯片CS5460A构建了一个单相电子式电能表。本文首先简要介绍了设计电能表的主要功能以及系统的总体方案，然后详细介绍了单相电子式电能表的设计流程，以及硬件系统和软件系统的设计，并给出了硬件电路的设计细节，包括各部分电路的走向、芯片的选择以及方案的可行性分析等。

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第2章 总体方案设计

2.1 设计功能要求

设计制作一只交流电能表表，设计的主要要求如下： （1）该交流电能表能实现对单相交流电能的测量；

（2）电表参数：额定电压220V,额定电流5A,最大电流10A，最大计度容量：

99999.99Kw.h；

（4）能测量并显示当前的功率、电压和电流的有效值； （5）显示当前日期和时间，具有分时计量功能；

（6）可以与PC机进行串行通信，并可用键盘控制，便于操作； （7）电量脉冲输出；

（8）停电不丢失电能数据；

2.2 系统的基本方案

该系统主要由显示模块、通讯模块、键盘控制模块、MCU模块、电能表芯片CS5460模块、时钟模块、存储器模块和前端电路调理模块部分组成。前端电路调理模块采用变比1：1 的电流型电压互感器，电流模块采用变比2000：1 的电流互感器，利用取样电阻采样信号，经变换后的信号以差模电压的形式接到由CIRRUS LOGIC 公司生产的电能表芯片CS5460A，取样电阻的阻值由被测信号的最大值决定，然后经CS5460A转换后将电压、电流、功率、电能等信号传给单片机AT89S52，AT89S52组成的MCU模块控制所有芯片的工作、截止及计算和模块的显示，显示模块采用OCMJ4X8CM液晶模块，液晶正常显示当前测量的电能值、日期、时间，可通过键盘控制显示电压、电流有效值、功率等；通讯模块采用Max232芯片实现电能表与PC机之间的通信。并接受PC上位机同步控制并与其通信，时钟模块采用DLS1302芯片，为电能表提供时间基准，为实现多费率打下基础，存储模块采用AT24C16，为系统提供数据存储，可以做到掉电不丢失数据，还可以实现电力系统参数的实时记录，该系统可以实现对电能等电参量测量、显示及采集处理的目的。系统硬件框图如图2-1所示：

2.3电能计量部分

方案一：采用A/D转换芯片分别对电压、电流回路采样，然后送给单片机，经单片机计算，算出电能、功率等电量。该方案电路设计较麻烦，并且容易受外部干扰，准确度低，并且编程较麻烦。 方案二：采用现在比较流行的电能计量芯片CS5460A实现对电能等电量的采集和测量。CS5460A 是Crystal 公司推出的用于测电流、电压、功率等的芯片, 是CS5460 的增强版, 精度高、性能强且成本低。CS5460A 包含两个ΔΣ模-数转换器（ADC）、高速电能计算功能和一个串行接口的高度集成的ΔΣ 模-数转换器。它可以精确测量和计算有功电能、瞬时功率、IRMS 和VRMS ，用于研制开发单

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