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三相智能电表的设计

三相智能电表的设计
三相智能电表的设计

中文摘要

随着我国经济的飞速发展,电能消耗日益增加,电能成为现代社会国民经济和人民生活的重要保障。本文所设计的新型多功能电子式电能表除了提高计量精确度外还实现了分时计量、对异常情况进行实时监控并记录事件等功能;可提高电能的合理利用,为用户提供公正、公平的用电环境。

论文首先综述了多功能电子式电能表的发展现状及电能测量的基本原理,然后给出了系统的设计目标和总体方案,并按功能进行了各个硬件电路单元的设计,包括电源单元、计量单元、功能管理单元、显示单元、通信接口单元等。在软件设计方面,采用模块化软件设计方法实现了有功和无功的能量分时计量、RS485通讯、红外通讯、按键显示、异常检测及记录等功能。文中对三相电能表的抗干扰设计也有很详细的介绍。

本三相多功能电子式电能表具有运行稳定、可靠性高、通用性好和抗干扰能力强等优点,适应电表市场的需求。

关键词电能计量多功能电子式电能表复费率 ATT7022B 时钟芯片

Title The design of the three-phase multi-function meter

Abstract

With the rapid development of economy of our country and gradual increment of power onsumption, electrical energy becomes the significant guarantee of national economy and people’s life in modern society. Late-model polarity formula multifunction watt-hour meter, which designed in this paper, improves the measuring accuracy and realizes functions of time-sharing measurement real-time monitor exceptional situation and take event records and so on. This will improve the completely utilization of electrical energy, prevents happening of using electricity illegally, and provides fair and impartial environment of using electricity.

At first, this paper summarizes the present developing state of multi-function electronic watt-hour meter and the basic theory of energy measurement, after that, it put out the design objection and whole frame of this metering System. And the circuit design of each unit with the function divided, including power unit, measure unit, communication unit etc .The soft design of the system is the priority of this paper, utilize modularization method to realize active power, reactive power, RS485 communication, infrared communication, keyboard and display, anomaly detection, electricity reading meter and so on. The EMC design and meter adjust method have also been discussed.

This Late-model multi-function electronic watt-hour meter has the excellence of run stability, high reliability, good commonality and strong ability of anti-jamming, etc .It’s fit in with the marke t demand of the watt-hour meter.

Keywords energy metering Multi-function electronic watt-hour meter ATT7022B multi-rate real-time clock

目录

第1章绪论 (5)

1.1 本课题研究背景 (5)

1.2 电能表的发展及现状 (5)

1.2.1 感应式电表(机械表) (5)

1.2.2 机电一体式电能表 (6)

1.2.3 全电子式电能表 (6)

1.2.4 多功能电能表现状及发展趋势 (6)

1.3 课题研究目的和意义 (7)

1.4 本文的主要研究内容 (8)

第2章电能测量原理 (9)

2.1 三相电路接线方式 (9)

2.2 电能测量原理 (10)

2.3 三相有功电能的计量 (11)

2.4 电子式电能表的测量原理 (12)

2.4.1 模拟乘法器 (13)

2.4.2 数字乘法器 (14)

2.5 本系统采用的测量方法 (14)

第3章硬件设计 (16)

3.1 硬件总体方案 (16)

3.2 主控芯片及其外围电路 (17)

3.2.1 (17)

3.2.2 时钟振荡电路 (18)

3.2.3 单片机监控电路 (18)

3.3 电量信号采集和预处理 (20)

3.3.1 ATT7022B芯片介绍 (20)

3.3.2 电压电流采样电路 (22)

3.3.3 ATT7022B与单片机的接口 (24)

3.4 存储器单元 (25)

3.5 通信模块设计 (26)

3.5.1 RS-485通信接口 (26)

3.5.2 红外通信模块 (29)

3.6 实时时钟电路 (30)

3.6.1 时钟芯片DS1302 (30)

3.7 人机接口模块设计 (32)

3.7.1 键盘输入 (32)

3.7.2 LED显示 (33)

3.8 电源单元 (34)

3.8.1 电源设计原理及图形 (34)

3.8.2 器件选择 (35)

3.9 继电器驱动单元 (37)

第4章系统软件设计 (38)

4.1 开发环境 (38)

4.2 主程序流程图 (38)

4.3 程序模块化设计 (39)

4.3.1 上电初始化模块 (39)

4.3.2 通讯模块 (40)

4.3.3 显示、键盘模块 (44)

4.3.4 电能计算部分软件设计 (45)

4.3.5 费率转换部分设计 (46)

第5章结论与展望 (48)

5.1 论文总结 (48)

5.2 本文的不足及课题展望 (48)

致谢 (50)

参考文献 (51)

附录 (53)

第1章绪论

1.1 本课题研究背景

电能是最重要的能源,在现代社会中电能己广泛应用到社会生产的各个领域和社会生活的各个方面。电能表是当前电能计量和经济结算的主要工具,它的准确与否直接关系到国家与用户的经济利益。

感应式电能表作为一种传统的电能表,在电能计量工作中发挥了极大的作用。但随着电力逐步走向市场,用电营销对电能计量工作提出了更高的要求,电能表要承担的功能越来越多,如在电力系统中,为引导用户更为有效、合理利用电能,避免尖峰负荷的出现,提高系统的负荷率,对用户实行分时计量;为对电能计量装置进行在线监测、远方遥控,需对电能表进行远方通信等。同时,随着社会的发展,交易的电量越来越大,供、用双方对自身的权益也越来越关心,这就对电能计量表的准确度等级提出了更高的要求。普通感应式电能表受其结构和原理上的制约,要进一步提高准确度和拓展其功能已很困难。同时,微电子技术和单片机应用技术的发展和普及,为电能表多功能高精度的实现创造了有利条件,电子式电能表得以出现并得到了飞速发展。

近年来,高准确度、高可靠性的元器件以及大规模集成电路技术等应用于电子式电能表的开发与生产,使电子式电能表寿命提高、功能多种多样,其市场所占比重正在快速加大,这其中电卡式预付费电子式电能表、单相/三相电子式多功能电能表将是主要需求目标,并逐步使供用电管理的微机化和自动化成为现实。本文正是基于这样的背景下进行的,设计基于ATT7022B的三相多功能电能表。

1.2 电能表的发展及现状

1.2.1 感应式电表(机械表)

自从1831年法拉第发现电磁感应定律以来,人们就不断的探索使用和测量电能。电能表作为测量电能的专用仪表,至今已有100多年的历史。1880年美国人爱迪生研制成功世界上最早的电能表,是基于电解原理的直流电能表。随着交流电的出现和使用,1888年意大利物理学家费拉里斯提出了将旋转磁场理论用于交流电能测量的观点; 1889年,匈牙利岗兹公司的布勒泰制成了第一台交流感应式电能表。最早出现的电能表是根据旋转磁场理论制作的感应式电能表,其核心是电磁线圈和转动部件,经过一百多年的不断改进和完善,感应式电能表的制造技术也已相当成熟。

目前普遍使用的感应式电能表是根据交变磁场中金属圆盘的感应电流与有关

的磁场形成力的原理制成的,即利用金属铝转盘中感应的电流与通有交流电流的固定线圈的磁场相互作用,产生驱动力矩驱动铝盘旋转,累计消耗的电能。感应式电能表具有制造简单、操作安全、维修方便、可靠性好和价格低廉等特点,因此,至今在包括我国的许多发展中国家甚至是一些发达国家里,感应式电能表仍作为一种计量工频电能的仪表被广泛使用。

1.2.2 机电一体式电能表

随着电能开发及利用的加快,对电能管理和电能表性能提出了更高的要求。电力系统的不断扩大以及对电能合理利用的探索,使感应系电能表逐渐暴露出准确度低、适用频率范围窄和功能单一等缺点。感应式电能表由于受其原理和结构等因素的制约,要对它进行较大的改进是很困难的。

基于微电子技术和计算机技术的不断发展,人们开发出了基于感应电能表的机电一体式电能表,这种电能表是利用感应系电能表的测量机构作为工作元件,使用光电传感器完成电能脉冲的采集,经微处理器处理后,对电能脉冲进行计量,从而实现对电能的数字化测量。这种电能表的显著特点是感应式测量机构配以脉冲发生装置,因此也被称为感应式脉冲电能表或机电脉冲式电能表。这种电能表和机械祸合式多费率电能表都是感应式电能表向全电子式电能表过渡过程中的电能计量品种,它们对分时电价、需量电价制度的实施起了积极的推动作用。1.2.3 全电子式电能表

机电脉冲式电能表采用感应式测量机构测量电压电流,决定了它同样具有感应式电能表准确度低、适用频率范围窄等缺点。电子式电能计量方案使用乘法器实现功率和电能的测量,在一块集成芯片上完成电能采样和AD转换,比较先进的是∑-⊿AD转换原理。功率是电流与电压的乘积,电能是功率对时间的积分。

20世纪80年代末90年代初,国外著名电测仪表公司相继推出了全电子式多功能电能表,如瑞士兰地斯公司(LANols&oYR)、法国斯伦贝谢公司(Sehlumberger)和美国通用电气公司(GE)等。我国从20世纪90年代初开始研制全电子式电能表,1994年威胜集团、恒通公司等相继推出了全电子式多功能电能表,随后有多家公司开始小批量生产。经过技术的引进、消化和吸收,我国电子式电能表开发设计和制造技术得到了飞速的发展。全电子式电能表最早用于进行计量鉴定,也就是做标准表,随着元器件性能的提高和价格的下降,全电子式电能表计量精度较高,且能实现复费率及用电控制,便于实现抄表自动化系统,而且生产成本较低,全电子式电能表逐步开始大量民用,目前使用数量已经远远超过机械表。

1.2.4 多功能电能表现状及发展趋势

目前的电能表市场中全电子电能表所占比例逐年增加,机械表由于先天性在通信方面的不足,所以很难在集中自动化抄表方面有发展,机电一体式电能表虽

可以进行电能信息的远程通信,但其可提供的用电信息比较少,例如频率,有功,无功等,另外实现复费率计量也比较困难。虽然基于机电一体式的电能表实现了预付费,但鉴于安全性和其他方面的原因,国家并不主张大范围的使用这种电能表。

全电子电能表克服了上面两种表的缺点,可以方便的计量电能的各种信息,并且实现远程通信完成抄表工作和实现配电网络自动化。近年来随着全国用电缺口的急剧扩大,国家发改委决定全面推行峰谷分时电价和避峰电价,鼓励用户合理移峰用电,这一政策的出台,带动了全国各地供电部门对复费率、多功能电表需求的快速上升。

目前,在抄表方式上,存在有RS485、红外、GPRS和电力线载波等多种抄表方式。其中RS485抄表和红外抄表技术比较成熟。各种抄表方式具有各自的特点,RS485需要专门布线,但其抗干扰能力较强;红外抄表由于其通信距离的限制,不能实现远程监控的目的;电力线载波通信抄表技术无需专门的通信线,利用现有的电力线作为通信信道,信道建设工作量极少,但其技术较为复杂,通信出错率较高。目前还存在着GPRS无线抄表方式,GPRS是通用分组无线业务(General PacketRadio Service)的简称,是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务,目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS抄表技术在未来将会有很广的应用。

电能计量技术将会向着智能化、多功能、集中管理及网络化的方向发展。在信息化技术不断发展和成熟的现代社会,高效的电能计量和管理技术将是信息化家庭智能管理系统的一个重要组成部分。

1.3 课题研究目的和意义

本课题的目的在于研制一款基于专用电能计量芯片ATT7022B和微控制器的三相式多功能电能表。

系统使用全电子式方案,采用了专用计量芯片来计量电能,可以满足很好的精度和准确度要求。在控制环节,系统使用了微控制器AT89C52,并且包含RS-485抄表接口,仪表参数可以通过总线传递到上位机监控程序,进行集中管理。系统设计完成以后,可以软件进行校表,软件校表参数通过程序内部进行设置,确保出厂时更好的准确性。

本文阐述了该三相多功能电能表的设计原理、方案设计,实现了电压,电流,频率,有功和无功电能,合相及分相电能等参数的计量,另外可以实现复费率功能。适应市场需求,满足用户需要。后续章节将对仪表的原理和各模块构成进行详细介绍。

1.4 本文的主要研究内容

本文主要研究基于三相电能专用计量芯片ATT7022B的多功能电能表。本设计以MCU为控制单元,外围电路由各种专用芯片及器件实现,结构简单,整个芯片的体系结构和嵌入式资源配置可以适应高可靠性多功能电能表的设计需求。计量模块由专用计量芯片构成,实现正反向,抄压,欠压等诸多测量参数。通信单元采用RS485通信模式,通信速率与抗干扰能力较高。复费率设计,采用专用实时时钟芯片,保证了时间准确度及安全可靠。此外,红外、显示及键盘单元均做出了详细的设计过程。

本论文的主要工作:

(1)提出基于ATT7022B芯片的多功能电能表解决方案。

(2)根据功能需求进行系统的硬件和软件详细设计。

(3)编写软件代码和调试系统功能模块。

(4)优化整个系统。

论文共5章,基本安排如下:

第1章:绪论。介绍论文的技术背景,对多功能电能表的现状和发展趋势进行了概述,提出了论文的选题背景及意义,说明了论文所做的工作及论文结构安排。

第2章分析了电能表的基本测量原理,包括对三相电路电源负载接线方式的介绍,对电子式电能表测量原理的介绍,着重介绍了几种乘法器的原理及应用。

第3章:多功能电子式电能表系统的硬件总体方案和各单元硬件电路设计。硬件总体方案设计包括对电能表硬件功能模块进行划分,给出硬件组成方框图;各单元硬件电路设计包括主芯片、电能计量模块、RS485通信模块、红外通信模块、LED显示模块、铁电存储器模块、实时钟模块、电源模块。

第4章:多功能电能表软件详细设计。软件设计采用模块化设计方法,包括主程序流程、各中断处理流程、有功和无功电能分时计量模块、键盘、显示及通信模块等设计,实现电能表多功能要求。

第5章:总结与展望。总结了论文所做的工作,并对论文的不足与前景进行了展望。

第2章 电能测量原理

2.1 三相电路接线方式

三相电源有两种基本连接方式:星形连接和三角形连接。星形连接示意如图

2.1(a )。三相对称星形连接时,有如下关系:

l p U = , l p I I = (2-1)

式中:l U ,l I ---线电压和线电流;p U ,p I ---相电压和相电流。

对称三相电源可以采用三角形连接(△连接),如果不对称程度比较大,所产生的环路电流将烧坏绕组。三角形连接示意如图2-2(b)。三相对称三角形连接时,有如下关系:

l p U U = ,

l p I = (2-2)

式中:l U ,l I ---线电压和线电流;p U ,p I ---相电压和相电流。C N C B

U U C U C

U B

U U (a)星形连接(b)三角形连接

图2.1三相电源的星形连接和三角形连接

三相负载根据其接线方法一般有三相三线和三相四线之分,以下只讨论电源为Y 形连接时的情况。当发电机三相绕组按星形方式连接时,负载接成三角形方式,如图2.2(a)所示,称为三相三线制。当发电机绕组按星形方式连接时,负载也接成星形方式,如图2.2(b)所示,称为三相四线制。三相四线方式时,流过各相负载的电流等于各相电源流过的电流。当电路为对称三相电路时,中线电流为零。此时中线可以去掉,变为三相三线制。

U B

U U I B I C I CA I I AB I

(a)负载三相三线连接 U U U I B I C I

N

Z I

(b)负载的三线四线连接

图2.2三相负载接法图示

以上讨论了三相电源和负载的接线方法,这些知识有利于理解三相多功能电能表的参数采集电路和外部接线方式。

2.2 电能测量原理

电能在物理上可以看成是从电源流向负载的能量流。用户在某一时刻消耗电能的“速度”我们称为瞬时功率,它在数学上等于该时刻瞬时电压值与瞬时电流值的乘积,将所有这样的“瞬间”

消耗的电能加在一起就得到了总的用户消耗电能的数量。因此,有功电能的计算可以用电压与电流瞬时值的乘积在时间上做积分得到,其测量可简单地描述如下。

设在t 时刻负载两端的交流电压和流过负载的交流电流的表达式为:

u (t )=s i n 2s i n m U t U t

ωω (2.1) ()s i n (2s i n ()

m i t I t U t ω?ω?=-- (2.2) 其中u(t)-t 时刻电压瞬时值;()i t -t 时刻电流瞬时值;m U -电压峰值;m I -电流峰值;U -电压有效值;I -电流有效值;?-电压与电流相位差;ω-角

频率。

则在一个周期内平均有功功率P 为

[]0

1()()1s i n ()1c o s (2)c o s

c o s T T m m T P u t i t dt T U tI t dt T UI t dt T UI ωω?ω???==-=-++=??? (2.3) 一个周期内的电能W 为

()()cos T

W u t i t dt TUI ?==? (2.4)

对于三相电路,总能量可以表示为三个分相能量之和:

A B C W W W W =++ (2-5)

在实际电网中,电压电流信号基本上都不是只包含50Hz 频率分量的正弦信号,而是含有很多谐波信号。事实上我们可以发现瞬时功率信号P ui =本身是一个含有直流分量和高频分量的信号,而任何频率不为0的频率分量从长期来看对于时间积分都没有贡献,因此电能计量数学上就相当于计算瞬时功率P 的直流分量在时间上的积分。为了得到有功功率分量(即直流分量),需要对瞬时功率信号进行低通滤波处理。

2.3 三相有功电能的计量

三相电路分为三相三线制和三相四线制两种接法,下边分别讨论这两种电路的测量方法。测量三相三线电路有功电能可以采用一表法和二表法。一表法只能用于三相对称电路,实际中一般不会采用;工程中经常采用二表法计量三相电能。

三相三线电路的瞬时功率可表示为:

A A

B B

C C AB A CB C P u i u i u i u i u i =++=+ (2.6)

式中:AB A B u u u =-;CB C B u u u =-;AB u 、CB u ——线电压的瞬时值。

由式(2.6),用两只单相电能表测量三相三线电路的总电能,称为二表法,用这种方法测量三相三线有功电能的接线和原理如图2.4。两只单相电能表计量值相加即为三相总能量。

图2.3二表法测三相能量接线原理图

三相四线电路可看成由三个单相电路组成的。其平均功率P 等于各相有功功率之和,即

cos cos cos A B C A A A B B B C C C P P P P U I U I U I ???=++=++ (2.7)

无论三相电路是否对称,上述公式都成立。

测量三相四线电路的有功电能经常用三只单相有功电能表(DD 型),即三表法或三相四线式有功电能表(DT 型),三表法就是在三根相线与零线之间分别跨接一只单相有功电能表,总能量即为三只单相表计量值之和,三相四线式有功电能表可以直接通过外部接线计量三相电能。三相四线电路因为零线电流一般不为零,所以用二表法测量时会存在较大的测量误差。

以上介绍了传统的三相电能测量方法,分别考虑了三相三线和三相四线方式,在电子式电能表成为主流的今天,越来越多的设计方案开始采用专用的三相电能IC 芯片,例如ADE7752、ATT7022、TM7752等,这类芯片一般具有测量精度高、外围电路简单、校表容易等特点,并且在不改变电路设计的前提下,可同时适用于三相三线和三相四线方式,专用电能IC 芯片已经成为三相电子式电能表设计的首选。

2.4 电子式电能表的测量原理

电能表测量电能的基本方法是将电压、电流相乘,然后在时间上累加起来,即积分。电子式电能表实现积分的方法,是将功率转换为脉冲频率输出,该脉冲称为电能计量标准脉冲H f (或L f ),其频率正比于负荷功率。

电子式电能表中起主要作用的是电能测量单元,而乘法器是该单元的核心组成部分,乘法器是实现被测电压、电流相乘,输出为功率的器件。常用的乘法器可分为模拟乘法器和数字乘法器两类,模拟乘法器的又分为霍尔效应型、时分割型等;数字乘法器又分为硬件乘法器和软件乘法器。目前的电子式电能表多以数字乘法器为主。

2.4.1 模拟乘法器

2.4.1.1 霍尔乘法器

霍尔元件是如图2.6所示的半导体薄片,当它处于磁场感应强度为B 的磁场中时,如果在它相对的两端通以控制电流I ,则在半导体另外两端将会产生一个大小与控制电流和磁感应强度乘积成正比的电势H U 。如式(2.8)所示。

H H U K IB = (2.8)

式中H K -霍尔元件的灵敏度;H U -霍尔电势。

图2.4霍尔元件示意图

由被测u 电压产生磁场,其磁感应强度为B u ∝;被测电流i 通过霍尔电动势就能反映被测电压、电流的相乘积。霍尔乘法器是一个四象限乘法器,其相乘精度甚佳,可达0.3%左右。工作频率在10kHz 以内。

根据霍尔乘法原理实现的静止式电能表可用图2.7表示。

图2.5霍尔乘法器型静止式电能表

霍尔乘法器输出的是瞬态功率信号。瞬态功率信号通过变换很容易产生有功电能、无功电能等所需的数据。图2.7所示的属于直接检测式霍尔乘法器。这种结构在轻载时误差较大。

霍尔乘法器实现的静止电能表主要优点是频率响应宽,准确度能长期保证;抗干扰能力强;可以不需要电流互感器,不存在引入互感器误差。电压电流回路

彼此独立,检测和校准相对容易,且线性也较好。主要缺点是工艺复杂,精度也不容易达到很高。

2.4.1.2 时分割乘法器

时分割乘法器的工作基于计算式

011lim m m

T K K K K m k k W uidt t u i t u i →∞====?≈?∑∑? (2.11) 式中 m :在一个周期内电流、电压的采样次数。

由式(2.11)可知,负载在一个周期内消耗的电能近似等于m 个电压、电流相乘再求和。m 取值越大,上述近似计算产生的误差越小。由此,时分割乘法器的基本思想有两个,即分割和相乘。

时分割乘法器分为电压型和电流型时分割乘法器,电压型由于尖峰电压的干扰现在已基本不用,现在使用的多为电流型时分割乘法器。所谓电流型时分割乘法器是指被测电压、电流都变成电流形式后相乘,其乘积即功率大小也以电流形式表示。

时分割电能测量方法的特点有:(1)时分割乘法器构成的电能仪表电路简单、成本低;(2)时分割方法测量工频范围内的电能线性度高;(3)时分割方法频率测量范围窄,大多数不适于畸变波形下的功率测量;(4)电能测量准确度级别一般为2.0~1.0级。

2.4.2 数字乘法器

数字乘法器是将数字量相乘,首先将被测电压、电流的模拟量变为数字量,然后相乘。实现数字量相乘有两中方法:

1)采用硬件乘法电路。硬件乘法电路是由移位寄存器、加法器和时序控制电路组成,在时序电路控制下,根据每位乘数是“1”或是“0”,来决定是否累加被乘数,每进行一位运算后需要将累加和(即乘积)右移一位。采用硬件乘法器运算速度高,但需提供硬件电路。

2)采用软件乘法器。利用计算机的乘法指令实现数字量相乘,这实际是利用一系列的累加和移位完成运算的,采用这种方法运算速度较慢,但可以节约硬件。若CPU 里含有硬件乘法器或采用专用的芯片作控制器,运算速度仍非常快。

2.5 本系统采用的测量方法

本系统采用专用电能计量芯片+MCU(微控制器)的方式测量电能。电能计量采用ATT7022B ,该芯片是三相电能专用计量芯片,其内部集成了七路二阶sigma-delta 型AD 转换器,具有有功测量0.5级的测量精度。通过外部接线方式

的选择,可同时适用于三相三线和三相四线模式。

ATT7022具有三路电压输入和三路电流输入,大信号接入部分采用电压互感器和电流互感器进行隔离,使数据处理电路与信号输入电路没有电气上的连接。系统采用Maxim公司的DS1302实时时钟芯片作为时间基准,该芯片具有外围电路简单、静态功耗小以及价格便宜等优点,非常适用于多费率功能模块的时段控制需要。

本文的后续章节将对系统总体方案、硬件模块和软件流程进行详细深入的介绍。

第3章硬件设计

3.1 硬件总体方案

由于多功能电能表的功能要求实现的功能非常多,MCU外围芯片的电路设计较为复杂,模块化设计方案。主要模块有电源模块,电能计量模块,实现三相以电量采集芯片实现数据采集、计量以及为整个系统提供电源;单片机侧以管理微处理器为中心,包括通信模块,显示键盘模块,存储模块,控制模块。总体设计框图如图3.1所示,其中电源模块采用三个降压变压器及整流电路实现三相整流电源。电能计量模块包括电能采样外围电路,互感器分压采样。通信模块包括RS485通信及红外发射接收单元。显示模块7位8段LED显示。存储器模块使用铁电存储器FM24C16,存储容量为16K,读写时间为微秒级。主电源模块采用通用的LM78M05。时钟模块使用实时时钟芯片(RTC)DS1302 ,作为三相电能表分时计费的时间基准。控制模块使用XC2023继电器驱动芯片配合JMX-94F 系列继电器,最大电流30A。

图3.1 多功能电能表系统框图

3.2 主控芯片及其外围电路

3.2.1

考虑到本设计系统中采用了专用的计量芯片,MCU负担减轻,所以可

以选择8位的单片机。常用的8位单片机有很多种:如Intel公司的8051,8031系列及ATMEL公司的89系列。虽然它们在硬件结构上相似,但在价格、功耗、抗干扰等方面后者都占较大优势,AT89系列单片机具有功耗低,

抗干扰能力强等特点。

AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS 8位单片机,适用于许多较为复杂的控制应用场所。

1、AT89C52主要特性如下:

兼容MCS—51指令系统

8k字节可重复擦写Flash闪速存储器

1000次擦写周期

全静态工作:

0Hz-24MHz

三级加密程序存

储器

256*8位内部

RAM

数据保留时间:

10年

32个可编程I/O

线

3个16位定时器/计数器

8个中断源

可编程串行UART通道图3.2 AT89C52引脚图

低功耗的闲置和掉电模式

AT89C52有40个引脚,同时内含2个外中断口,3个16位可编程定时

计数器,2个全双工串行通信口,2个读写口线,AT89C52可以按照常规方法

进行编程,也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。其引脚图如

图3.2所示。

AT89C52的I/O口功能与AT89C51的基本相同,唯一区别之处是,52系列的P1.0和P1.1口还可分别作为定时/计数器2的外部计数脉冲输入、可编程方波输出(P 1.0/T2)和捕获/重装载触发、方向控制信号的输入(P1.1/T2EX)。此外,P3 口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

RST:复位输入。当复位时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

PSEN:程序储存器输出使能端。它是片外程序存储器的读选通信号,低电平有效。

EA/VPP:外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为OOOOH-FFFFH), EA端必须保持低电平(接地)。

3.2.2 时钟振荡电路

AT89C52单片机内部有一个用于构成振荡器的可控高增益反向放大器。两个引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。在片外跨接一个晶振和两个匹配的电容C1、C2就构成一个自激振荡器。其接线如图(3.3)所示:

图3.3单片机时钟振荡电路

为了通讯中波特率能为整数,本设计选择了11.0592MHZ的晶振,根据单片机相关资料选择相匹配的两个电容容量均为30pF。

另外,单片机也可以由外部振荡电路或时钟直接驱动,对于HMOS工艺的芯片,外部时钟信号是从XTAL2输入的,此时XTAL1端接地。该方式一般用于一些特殊场合如多CPU系统等。

3.2.3 单片机监控电路

为保证单片机应用系统的正常可靠运行,一般需要加设电压监控、看门狗电路对单片机的供电和运行进行监控。本设计选用带有看门狗定时器和降压检测功能的低价格监控芯片IMP813L。该芯片在上电、掉电期间及在电压降低的情况下可产生一个复位信号,且带有一个1.6秒的看门狗定时器。另外还具有手动复位(MR)输入,可以接到复位电路实现手动复位。

监控芯片IMP813L的主要特点有:

(1)精确的电源监控:4.65V门限

(2)去抖动的手动复位输入

(3)看门狗定时器

(4)200ms 复位脉冲宽度

(5)高电平有效的复位输出

芯片主要管脚功能如表3-1所示:

IMP813L 的接线如图3.4所示。

图3.4 看门狗电路

对于电压监控输入端PFI ,需外接一个电阻分压器。因为PFI 的动作电压为

1.25V ,而单片机的输入最低允许电压为4V ,设计中选取两个分压电阻分别为22K 和10K.这样当单片机电压为低于4V 时,PFI 端电压会低于1.25V ,从而产生复位信号。

为了保障单片机的可靠运行,本设计使用该芯片的看门狗功能,只要将MR 和WDO 直接连在一起即可。看门狗复位时间是1.6秒,单片机必须每隔1.6秒之内的时间给WDI 端一个上升沿或下降沿。

这样可使单片机复位的条件有:1、单片机上电,2、手动按键复位,3、看门狗超时复位,4、电源电压低于复位门限。可以实现对单片机有效监控,防止

其不正常运行。

3.3 电量信号采集和预处理

电能测量单元的任务就是保证在各种负载条件下和各种电源质量时,都能以较高的精度准确的测量有功电能量。本设计采用专用的电能计量芯片ATT7022B 完成电能的计量,它是珠海炬力公司生产的一种用于功率测量或电能计量的专用高精度集成电路。

3.3.1 ATT7022B芯片介绍

1、ATT7022B芯片特性:

1)高精度,在输入动态工作范围(1000:1)内,非线性测量误差小于0.1%。

2)有功测量满足0.5S/0.2S,支持IEC 687/1036,GB/T 17883-1999

3)无功测量满足2 级、3 级,支持IEC 1268,GB/T 17882-1999

4)适用三相三线、三相四线

5)瞬时有功、无功、视在功率,有功、无功能量测量

6)功率因数、相位、频率、电压和电流有效值测量

7)同时提供分相以及合相参数

8)提供相序以及断相检测功能

9)合相能量累加模式可选(代数加/绝对值相加)

10)三相四线时提供三相电流向量和之有效值

11)直接提供有功、无功校表脉冲输出

12)电表常数可调

13)起动电流可调

14)提供正向和反向有功电能数据

15)反向有功指示功能

16)提供四象限无功参数

17)软件调试电表

18)支持增益和相位补偿,小电流非线性补偿

19)可测量到21 次以上谐波的有功和无功功率

20)具有SPI 接口,方便与外部MCU 通讯

21)单+5V 供电

2、内部原理框图

ATT7022B是一颗高精度三相电能专用计量芯片,支持全数字域的增益、相位校正,即纯软件校表。有功、无功电能脉冲输出CF1、CF2 提供瞬时有功、无功功率信息,可以直接接到标准表,进行误差校正。

ATT7O22B的内部原理框图如下:

智能电表的设计

四川理工学院 课程设计书 学院计算机学院 专业物联网工程20121班 课程无线传感器网络 题目现代小区智能电表课程设计 教师符长友 学生胥玉环刘依粒胡伟杰宋治桦设计时间:2014年7月5日至2017年7月11日

前言 近年来,在低碳经济、绿色节能及可持续发展思想的推动下,如何进一步提高电网效率,积极应对环境挑战,提高供电可靠性和电能质量,完善电力用户服务,适应更加开放的能源及电力市场化环境需要,对未来电网的发展提出了更高的要求。智能电网的概念应运而生并成为全球电力行业共同研究和探讨的热点,支撑中国乃至全球智能电网的将是通信技术、信息处理技术和控制技术。智能电表作为智能电网建设的重要基础装备,加快智能电表产业链整合,促进其产业化,对于电网实现信息化、自动化和互动化具有支撑作用。基于以上分析,本文研究旨在基于AT89C51单片机的智能电表的设计。 本次设计基于单片机AT89C51是以微处理器或微控制器芯片为核心的可以存储大量的测量信息并具有对测量结果进行实时分析、综合和做出各种判断能力的仪器。一般具有自动测量功能,强大的数据处理能力,进行自动调零和单位换算功能,能进行简单的故障提示,具有操作面板和显示器,有简单的报警功能。 本文主要包括以下三个方面的工作: (1)智能电表的设计背景、优点及发展现状 本文首先分析智能电表的设计背景,其次讨论智能电表的优点及相关的应用。 (2)智能电表的硬件和软件实现 分析智能电表应该具备的功能,给出该仪表的总体设计框图;详细讨论了该电路的核心芯片选取、数据采集电路的设计、通信电路及输入输出系统的实现并给出了核心芯片.AT89C51的详细参数;使用结构化程序设计手段,利用单片机C语言程序实现按键的扫描并处理程序、数据的采集及后续的算法程序、红外或RS485通信方式的自动抄表程序、CPU卡的读写操作程序以及段式LCD的显示驱动程序。 (3)设计的结论分析、不足及未来的展望 阐述了设计的测试结果并对结论进行了分析,给出了设计中的不足之处,并提出了将来的修改意见及改进之处,对智能电表的未来进行展望。

智能电能表与用电信息采集装置安装典型设计分解

四川省电力公司 智能电能表及用电信息采集装置安装 典型设计 第1章概述 1.1 目的和意义 1.2 主要原则 坚持效益与节约相结合的原则。要兼顾技术性和经济性,注重推广应用典型设计的安全效益、社会效益,又要注重经济效益,节约投资成本,便于集中招标采购,防止过分追求高配置。 坚持实用性与先进性相结合的原则。要采用成熟的技术和可靠的设备,确保设计方案的实用性,同时又要推广应用新技术,鼓励设计创新,确保设计方案的前瞻性。 坚持普通性与典型性相结合的原则。既要综合考虑不同地区的实际情况,面对不同规模、不同形式、不同外部条件,在公司系统中具有广泛的适用性;又要保证方案具有一定的代表性和典型性,能够指导公司系统的设计和建设。 坚持统一性与灵活性相结合的原则。既要保证设计标准统一,生产标准统一,又要保证模块划分合理,接口灵活,组合方案多样,增减方便,便于使用。 1.3 设计依据 GBl208-2006 电流互感器 GB 3906-20063.6—40.5kV 交流金属封闭开关设备和控制设备 GB7251.1-2005 低压成套开关设备和控制设备第一部分;型式试验和部分型式试验成套设备 GB 7251.3-2006 低压成套开关设备和控制设备第三部分:对非专业人

员可进入现场的低压成套开关设备和控制设备一配电板的特殊要求GB/T7267-2003 电力系统二次回路控制、计量屏及柜基本尺寸系列 GBl0963.1-2005 家用及类似场所用过电流保护断路器第1部分:用于交流的断路器 GB/T 14048.2-2001 低压开关设备和控制设备低压断路器 GB/T 14048.3-2002 低压开关设备和控制设备第3部分;开关、隔离器、隔离开关及熔断器组合电器 GB/T 16936 电能计量柜 GB/T17201-2007 组合互感器 GB/T17215.321-2008 交流电测量设备特殊要求第21部分;静止式有功电能表(1级和2级) GB/T17215.322-2008 交流电测量设备特殊要求第X部分;静止式有功电能表(0.2S级和0.5S级) GB/T17215.323-2008 交流电测量设备特殊要求第23部分:静止式无功电能表(2级和3级) GB 50058-1992 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 DL/T448-2000 电能计量装置技术管理规程 DL/T614-2007 多功能电能表 DL/T645-2007 多功能电能表通信协议 DL/T698.31 用电信息采集与管理系统用电信息采集终端通用要求 DL/T698.32 用电信息采集与管理系统厂站终端特殊要求 D12T698.33 用电信息采集与管理系统专变采集终端特殊要求 DL/T698.34 用电信息采集与管理系统公变采集终端特殊要求 DL/T698.35 用电信息采集与管理系统低压集抄终端特殊要求 DL/T825-2002 电能计量装置安装接线规则 JB/T 5777.2-2002 电力系统二次回路控制及计量屏(柜、台)通用技术条件JGJ l6-2008 民用建筑电气设计规范 JJG 1021-2007 电力互感器 GB 4208-1993 外壳防护等级(IP代码)

三相智能电能表说明书

目录 1、概述 (1) 性能 (1) 制造标准 (1) 工作原理 (2) 主要功能 (2) 技术参数 (3) 2、基本功能 (4) 计量功能 (4) 电参量测量功能 (6) 电压监测功能 (7) 电网负荷曲线数据记录功能 (7) 事件记录功能 (8) 远方编程抄表功能 (8) 停电抄表功能 (8) 冻结数据功能 (8) 费率功能 (9) 背光显示功能 (9) 安全认证功能 (9) 3、显示 (10) 全屏显示画面 (10) 液晶显示说明 (10) 按键 (11) 显示内容说明 (11) 4、电表使用方法 (14) 安装 (14) 电表显示 (16) 参数设置 (18) 最大需量清零 (18) 故障报警显示 (19) 5、电能测量四象限的定义 (19) 6、显示 (20) 按键 (20) 显示内容说明 (20)

1概述 1.1特点 DSZ22/DTZ22系列三相智能电能表采用当今流行的高精度电能表设计方案,将高精度的A/D转换、高速DSP数字信号处理功能和高性能MCU完善的管理功能结合,采用永久保存信息的不挥发性内存、全隔离标准RS485串行数据通讯接口、红外通讯接口、汉字大画面超扭曲宽温液晶显示等先进技术,采用了SMT电子装联等当代先进的新工艺,是在充分考虑中国国情,严格按照国家标准、IEC、国网标准精心制造的高精度电能表。 该表集众智能多功能于一体,显示和远传实时电压、电流、功率等,且可按部颁标准和用户要求实现全部失压、失流记录、报警、显示功能,可有效地杜绝窃电行为,可广泛用于变电站、台区配变和企事业单位。 可根据用户要求和现场需要,通过负控终端或市话网或移动通讯网以及其它传输形式,组成远方抄表管理系统,实现电力部门营业抄表、负荷监控等远动控制,从而顺应了电力部门有效及时地对用户现代化科学管理的要求。接口通讯协议和数据结构符合DL/T645-2007标准,也可按用户要求制作其它形式的通讯规约。 1.2制造标准 GB/T 《多功能电能表特殊要求》 GB/T 交流电测量设备-通用要求试验和试验条件 - 第11部分:测量设 备 GB/T 《交流电测量设备特殊要求第21部分:静止式有功电能表(1级和 2级)》 GB/T 《交流电测量设备特殊要求第22部分:静止式有功电能表(级和 级)》 GB/T 《交流电测量设备特殊要求第23部分:静止式无功电能表(2级和 3级)》 DL/T 614-2007《多功能电能表》 DL/T 645-2007《多功能电能表通讯规约》 DL/T 556-1997《电压失压定时器技术条件》 Q/GDW 205-2008 《电能计量器具条码》 Q/GDW 356-2009 《三相智能电能表型式规范》

基于单片机的智能电能表的设计

第一章智能电能表概述 1.1智能电能表的概念 智能电能表是以微处理器或微控制器芯片(如单片机)为核心的可以存储大量的测量信息并具有对测量结果进行实时分析、综合和做出各种判断能力的仪器。智能电能表一般具有自动测量功能,强大的数据处理能力,进行自动调零和单位换算功能,能进行简单的故障提示,具有操作面板和显示器,有简单的报警功能。 1.2智能电能表的典型结构 从结构上来说,智能电能表是一个专用的微型计算机系统,它主要由硬件和软件两部分组成。硬件部分主要包括信号的输入通道,微控制器或微控制器及其外围电路、标准通信接口、人机交换通道,输出通道。输入通道和输出通道用来输入输出模拟量信号和数字量信号,它们通常由传感器元件、信号调理电路、A/D转换器、D/A转换器等组成。微控制器及其外围电路用来存储程序、数据并进行一系列的运算和处理,通常包括程序存储器、数据存储器、输入输出接口电路等组成。人机交换通道是人与仪器相互沟通的主要渠道,它主要由键盘、数码拨盘、打印机、显示器等组成。标准通信接口电路用于实现仪器与计算机的联系,以使仪器可以接受计算机的程控指令,目前用于智能电能表的通信接口主要有GPIB、RS-232C等。智能电能表的软件部分主要包括监控程序和接口管理程序两部分。其中监控程序面向仪器面板键盘和显示器,通过键盘操作输入并存储所设置的功能、操作方式与工作参数;通过控制工/0接口电路进行数据采集,对数据进行预定的设置;对数据存储器所记录的数据和状态进行各种处理;以数字、字符、图形等形式显示各种状态信息以及测量数据的处理结果。接口管理程序主要面向通信接口,其内容是接受并分析来自通信接口总线的各种有关功能、操作方式与工作参数的程控操作码,并通过通信接口输出仪器的现行工作状态及测量数据的处理结果,以响应计算机的远控命令。 1.3智能电能表的主要特点 与传统电能表相比,智能电能表具有以下几个主要特点: ①测量精度高,可以利用微处理器执行指令的快速性和A/D转换的时间短等特点对被测量进行多次测量,然后求其平均值,就可以排除一些偶然的误差与干扰,还可以通过数字滤波,剔除粗大误差和随机误差的方法提高测量精度; ②能够进行间接测量,智能电能表可以利用内含的微处理器通过测量几种容易测量的参数,间接地求出某种难以测量的参数; ③能够自动校准,智能电能表在使用前进行自动校准,在测量过程中进行校准,从而减少误差; ④具有自动修正误差的能力; ⑤具有自诊断的能力,智能电能表若发生了故障,可以自检出来,仪器本身还能协助诊断发生故障的根源; ⑥能够实现复杂的控制功能; ⑦允许灵活地改变仪器的功能; ⑧智能电能表一般都配有GPIB或RS232等接口,使智能电能表具有可程控操作的能力。从而可以很方便地与计算机和其他仪器组成用户需要的多种功能的自动测量系统,来完成更复杂的测试任务。 第二章智能电能表的设计方法

采用LM5017的智能电表设计方案

采用LM5017的智能电表设计方案 文章来源:半导体器件应用网https://www.wendangku.net/doc/6a1187419.html, 近年来,中国国家电网智能化改造非常迅猛。2013 年,中国国家电网公司推出新一代的智能电能表系列标准。在新标准中,对电源供电的规格提出新的要求。 1 总体需求 智能电表中的载波通信(PLC)模块供电规格,要求最为严格。新标准要求智能电表通信载波模块供电12V Vcc,在满载时的输出电压纹波要小于1‰(单相智能表的满载电流是125mA,三相智能表的满载电流是400mA)。 图 1 是常用的三相智能表电源架构。从电源架构上看,智能表通过线性交流变压器+整流桥的方式,将220Vac 降到较低的直流电压。由于智能表需要有抗接地故障抑制能力(按国网标准,要求在2 倍额定电压的情况下,电能表不能损坏),其输入电压范围通常较宽一般需要0.8 倍~2 倍的额定电压。

图 1. 常用国网 3 相电表电源架构 TI 的LM5017,是新一代高压同步变换器。其输入电压范围是7.5V~100V,输出电流可以达到600mA,非常适合在三相智能表中应用。 2 纹波注入原理 在新国网规范中,LM5017 需要面对的主要问题是:如何实现载波模块供电时的1‰纹波输出。LM5017 采用恒定导通时间控制(Constant On-time Control, COT),其内部框图如图2 所示。 LM5017 通过Ron 来设定固定的导通时间长度Ton。当FB 的电压低于1.225V 时,内部的快速比较器触发COT 控制逻辑模块输出固定的Ton(控制管,即上管)。Ton 时间结束后,关断控制管,直到FB 的电压再次低于 1.225V。 COT 控制的反馈是采用高速比较器来实现。为了保证高速比较器稳定工作,COT 对FB PIN 的纹波会有一定的要求,LM5017 要求FB PIN 的最小纹波是25mV。当LM5017 的输出纹波需要满足国网对载波模块输入纹波<1‰ 的要求时,其输出纹波经分压电阻分压后,在FB Pin 的纹波为<1.2mV,远低

智能电表项目规划方案

智能电表项目 规划方案 规划设计/投资分析/实施方案

摘要 目前全球正在使用的电表,包括工、商、住电表用户数量庞大,全球共约有18亿台,若全面更换为智能电表,则市场规模将相当可观。以2012年来看,全球智能电表出货量达1亿台,较2011年成长31.6%。据市场研究机构IDC统计,2015年全球智能电表出货量达到1.63亿台,年复合平均增长率达15.4%。而In-Stat研究亦指出全球智能电表市场营收在2016年将超过120亿美元。市场研究机构PikeResearch亦预估,全球智能电表安装量将于2020年达到9.63亿只。 该智能电表项目计划总投资13596.00万元,其中:固定资产投资9857.49万元,占项目总投资的72.50%;流动资金3738.51万元,占项目总投资的27.50%。 本期项目达产年营业收入28209.00万元,总成本费用22142.56 万元,税金及附加234.98万元,利润总额6066.44万元,利税总额7138.17万元,税后净利润4549.83万元,达产年纳税总额2588.34万元;达产年投资利润率44.62%,投资利税率52.50%,投资回报率33.46%,全部投资回收期4.49年,提供就业职位481个。

智能电表项目规划方案目录 第一章总论 一、项目名称及建设性质 二、项目承办单位 三、战略合作单位 四、项目提出的理由 五、项目选址及用地综述 六、土建工程建设指标 七、设备购置 八、产品规划方案 九、原材料供应 十、项目能耗分析 十一、环境保护 十二、项目建设符合性 十三、项目进度规划 十四、投资估算及经济效益分析 十五、报告说明 十六、项目评价 十七、主要经济指标

单相费控智能电能表使用说明书

目录 1.概述 (2) 1.1性能 (2) 1.2 工作原理: (3) 2.技术参数: (3) 2.1 规格及技术参数: (3) 3.使用说明 (5) 3.1液晶显示示意图如下表: (5) 3.2 状态指示灯 (5) 3.3 数据显示: (5) 4.电表功能 (6) 4.1 计量功能: (6) 4.2 费控功能: (6) 4.3 负荷开关: (6) 4.5 安全认证加密: (7) 4.6 测量及监测: (7) 4.7事件记录: (7) 4.8 费率、时段功能: (7) 4.9 冻结功能 (8) 4.10 报警功能 (8) 4.11 显示功能 (8) 4.12 通讯接口 (10) 5. 表外形尺寸图及接线图 (10) 5.1外形尺寸图: (10) 5.2 接线图 (10) 5.3 脉冲输出接线图: (11) 6.运输贮存与保证期限 (12)

1.概述 DDZY22-Z型单相费控智能电能表,采用当今最先进的电能表专用集成电路、微处理器、永久保存信息的不挥发性存贮器、宽温液晶显示等技术和SMT 工艺设计、制造,是高精度、宽负载、高灵敏、低功耗,供计量额定频率为50/60Hz 的单相电网中的交流有功电能,该表集众多功能于一体,实现了正、反向有功、分时电能计量以及远传实时电压、电流、零线电流、功率、功率因数等,并可通过远程售电系统实现用户“先买后用”的预付费功能,又可灵活预置多种功能:冻结电量、故障报警、自动断电、开盖记录、自动抄表等功能。以PC机和掌上电脑为媒介实现用户与供电部门计算机的信息传输。本表还具有红外、RS485接口,方便电力部门实现计算机网络管理。并采用多种软件、硬件抗干扰措施,保证电表可靠运行,从而适应了电力部门对用户有效及时地现代化科学管理需求。 供电部门可通过计算机和远程售电管理系统对用户预置购电量,并可设置剩余报警电量、跳闸报警电量、协议透支电量等。此电能表一表一加密模块,智能表上的所有数据信息均经加密处理,保障了用户的用电利益,同时售电管理系统中存储用户地址、姓名、以及此用户表的出厂表号、表常数等信息,便于用电管理与用电监察。 1.1性能 1.1.1、电能表的线路设计和元器件的选择以较大的环境允差为依据,因此可保证整机长期稳定工作。精度基本不受频率,温度、电压变化影响。整机体积小,重量轻,密封性能好,可靠性较其它同类产品有明显提高,为方便供电部门对表的标准化管理,表内设有误差微调装置。 1.1.2、当电源失电后,不可充环保锂电池作为后备电源,保证内部数据不丢失,日历,时钟、时段程序控制功能正常运行,来电后自动投入运行。在电能表端钮盒上设置有光电耦合隔离脉冲输出接口,以便于进行误差测试或脉冲采集,脉冲输出常数与标牌标志的表常数一致。 1.1.3、电表运行信息可由低压电力线载波、掌上电脑,RS485接口三种媒介传

三相费控智能电能表说明书(精)

三相费控智能电能表说明书 名称:三相费控智能电能表 系列:智能电能表 型号:DTZY1122C-Z 一、产品概述 三相费控智能电能表是采用大规模集成电路,应用数字采样 处理技术及SMT工艺,根据工业用户实际用电状况所设计、制造 的具有国际先进水平的仪表。电能表由测量单元、数据处理单元、 通信单元、ESAM模块等组成,具有电能量计量、信息存储及处理、 实时监测、自动控制、信息交互、负载控制等功能的电能表。 二、功能简述 z z z z z z z z z 电能表内置具有温度补偿功能的硬件时钟,具有日历、计时和闰年自动切换,节假日和公休日特殊费率时段功能。可计量正、反向、组合有功总、尖、峰、平、谷电能,组合有功电能计量模式可根据有功组合方式特征字任意设置。记录有功正、反向的总、尖、峰、平、谷最大需量及其发生时间。记录并存储12个结算周期最大需量及其发生时间。具有定时冻结、定时冻结、约定冻结、日冻结、周期冻结功能。电能表内配套有专用的作为安全认证接口和安全数据存储单元的ESAM模块。远程费控智能电能表是通过网络等虚拟介质远程实现费控功能的电能表。本地费控电能表是通过CPU卡固态介质在本地实现费控功能的电能表。实时测量监测:记录、显示当前电能表的总及分相电压、电流、功率、功率因数等运行参数,当电网或电表发生异常时,以事件方式进行记录。负荷记录的内容可以从电压、电流、频率;有、无功功率;功率因数;有、无功总电能;四象限无功 总电能;当前需量这六类数据中任意组合选择。 三、技术参数 z 电气参数正常工作电压~1.1Un 极限工作电压~1.15Un

电压线路功耗 电流线路功耗 时钟电池电压 停电显示电池电压≤1.5W、6VA ≤0.4VA 3.6VDC 6.0VDC 有功0.001In(0.5S), 0.002In(1级互感式),0.004 In(1 起动电流级直通式) 无功 0.003In (2级互感式),0.005 In (2级直通式) z 技术参数准确度等级 额定频率 时钟准确度(日误差) 电池容量 停电后数据保存时间 费率数有功0.5S级,1级;无功2级50Hz ≤0.5S/d (23℃) ≥1200mAh ≥10年(新电池) 4 时段数(可设置) 计度范围 显示 0~999999.99kWh,0~999999.99kvarh 固定界面液晶显示屏 RS485通信接口:1200~9600 bps(缺省:2400bps) 通讯波特率电力载波通信接口:1200~9600 bps(缺省:2400bps) 红外通信接口:1200bps 潜动具有防潜动逻辑设计 外型尺寸×170mm×85 mm 重量≤3.0kg z 气候条件 安装方式 规定的工作范围 极限工作范围 储存和运输极限范围户内式 -10°C ~45°C -25°C ~60°C -25°C ~70°C 户外式 -25°C ~60°C -40°C ~70°C -40°C ~70°C

三相费控智能电能表说明书(无线远程)

目录 一、概述 ........................................................ - 3 - 1.1、性能..................................................... - 3 - 二、规格与主要技术参数:........................................ - 4 - 2.1、规格..................................................... - 4 - 2.2、主要技术参数:........................................... - 5 - 三、计量 ........................................................ - 6 - 3.1、计量功能................................................. - 7 - 3.2、电压监测功能............................................. - 9 - 3.3、电流监测功能............................................ - 10 - 四、功能 ....................................................... - 10 - 4.1、报警功能................................................ - 10 - 4.2、断电控制................................................ - 10 - 4.3、开盖报警................................................ - 11 - 4.4、停电.................................................... - 11 - 4.5、时段控制................................................ - 11 - 4.6、自动结算功能............................................ - 11 - 4.7、数据冻结功能........................................... - 12 - 4.8、事件记录功能........................................... - 12 - 4.9、通讯功能................................................ - 13 - 五、电表使用方法............................................... - 14 - 5.1、调整、校验.............................................. - 14 - 5.2、安装.................................................... - 15 - 5.3、抄表.................................................... - 17 - 5.4、更换电池................................................ - 17 - 5.5、最大需量清零............................................ - 18 - 六、显示 ....................................................... - 18 - 6.1、显示画面符号定义........................................ - 18 - 6.2、循显画面................................................ - 19 - 6.3、故障报警显示............................................ - 23 - 七、通讯 ....................................................... - 24 - 八、运输贮存与保证期限......................................... - 24 - 8.1、运输.................................................... - 24 -

智能家用电能表的设计方案

智能家用电能表的设计方 案研究民熔 随着我国经济的飞速发展和人们生活水平的不断提高,我国“一户一表”的政策也得到了相应的实施。同时对城网和农网的改造也陆续改造完成,因此居民电能表的数量也陆续的增多,就使得传统的人工抄表模式无法适应当下的统计分析模式,传统的人工报表无法对用户的用电情况进行科学合理的监控和管理。随着电价的不断改革,供电部门需要从用户处获得相应的数据信息才能达到迅速的出账。 现在的居民区已经广泛的铺设了WIFI无线网络并通过WIFI和采集器进行通讯,而且还实现相对较长距离的无线远程自动抄表工作。在以芯片嵌入的基础上所设计出的电能表,其在操纵系统被开发的整体的环境下通过红外等先进方式进行一定的数据通信。 关键词:智能家用电能表无线网路操作系统 其中,电力公司通过用户处用最快的速度获得更多的数据信息,这些数据信息包括电能需量、分时电量以及复合曲线等。该文针对职能家用电能表的相关设计进行一定的研究和探索。

其中,电力公司通过用户处用最快的速度获得更多的数据信息,这些数据信息包括电能需量、分时电量以及复合曲线等。该文针对职能家用电能表的相关设计进行一定的研究和探索。 1、显示千瓦 2、显示,使用千瓦时 3、在数小时内显示测量周期 4、显示美元和美分能源成本 5、掉电检测和电源开关 6、液晶显示模块显示了几个同时读 7、标定功率,相位偏移 8、调整美分/千瓦时成本 9、调整掉电阑值电压,校准,滞后和持续时间 智能电表的定义所调智能电表,就是应用计算机技术,通讯技术等,形成以智能芯片(如CPU)为核心,具有电功率计量计时、记费、与上位机通讯、用电管理等功能的电度表。 智能电表通过用户交费对智能IC卡充值并输入电表中,电表才能供电,表中电量用完后自动拉闸断电,从而有效地解决上门抄表和收电费难的问题。并对用户的购电信息实行微机管理,方便进行查询、统计、收费及打印票据等。 智能电表带给用户的好处智能电表较普通机械式电能表有

三相四线费控智能电能表使用说明书

三相四线费控智能电能表使用说明书 DTZY22-Z 型三相四线费控智能电能表采用当今最先进的电能表专用集成电路、永久保存信息的不挥发性存贮器、红外通讯、汉字大画面液晶显示等多项技术。该表集众多功能于一体,实现了有功、无功双向分时电能计量、分相双向计量、需量计量、功率因数计量、显示和远传实时电压、电流、功率等,并实现用户的预付费功能,又可灵活预置多种功能:超负荷报警和自动断电、缺相报警、缺相情况记录、自动抄表等。以手持电脑为媒介实现用户与供电部门计算机的信息传输。本表还具有双RS485接口,方便电力部门实现计算机网络管理。并采用多种软件、硬件抗干扰措施,保证电表可靠运行,从而适应了电力部门对用户有效及时地现代化科学管理需求。 1.1、性能 1.1.1、电能表的线路设计和元器件的选择以较大的环境允差为依据,因此可保证整机长期稳定工作。精度基本不受频率,温度、电压变化影响。整机体积小,重量轻,密封性能好,可靠性较其它同类产品 有明显提高。 1.1.2、经过严格的安全认证,可通过远程对电能表进行远程拉、合闸控 制和时段等参数的设置,进而对用户的用电实施远程管理。 1.1.3、当电源失电后,锂电池作为后备电源,可以保证内部数据不丢失,日历,时钟、时段程序控制功能正常运行,来电后自动投入运行。在电能表端钮盒上设置有光电耦合脉冲输出接口,以便于进行误差测试和数据采集,脉冲输出常数与标牌标志的表常数一致。 1.1.4、电表运行信息可由手持电脑、 RS485 接口两种媒介传输,电力部门可根据本地区具体情况自行选择 一种或多种传输方式。电能表通讯规约符合DL/T645 。三相四线费控智能电能表使用说明 书- 4 -二、原理与主要技术参数: A 、B、C三相电压、电流信号经专用电能表 高速集成电路处理转换成相应的数字信息后,计算出各相电压、电流、功率、电能,CPU 中央处理器通过SPI 口读取有关数据量,并通过程序处理求出各总电量、费率电量、需 量、功率因素等。同时识别各相电压、电流有无异常并记录负荷曲线和相应的失压、失流状态,并可按用户要求定制丰富的事件记录。其原理框图如下:原理框图 2.1、执行标准GB/T 15284-2002 《多费率电能表特殊要求》GB/T 17215.323-2008《交流电测量设备特殊要求-第23部分静止式无功电能表(2 级和 3 级)》GB/T 17215.321-2008《交流电测量设备特殊要求 -第21 部分静止式有功电能表( 1 级和 2级)》GB/T 17215.211-2006 《交流电测量设备通用要求试验和试验条件 -第11部分:测量设备》GB/T 17215.321-2007《1 级和 2 级静止式交流有功电能表》Ua Ub Uc N Ia Ib Ic AUX AUX L N辅助电源电源电压取样电流取样专用计量芯片功能M C U EEPROM+FLASH LCD显示器通讯接口实时时钟功率指示脉冲输出信号输出、指示三相四线费控智能电能表使用说明 书- 5 -GB/T 17215.301-2007《多功能电能表特殊要求》GB 4208-2008《外壳防护等级( IP代码)》GB/T 15464-1995 《仪器仪表包装通用技术条件》JJG 596-1999《电子式电能表》JB/T 6214-1992《仪器仪表可靠性验证试验及测定试验(指数分布)导则》DL/T614-2007《多功能电能表》DL/T 645-2007《多功能电能表通信协议》DL/T 566-1995 《电压失压计时器技术条件》DL/T 830-2002《静止式单相交流有功电能表 使用导则》DL/T 698.35《电能信息采集与管理系统第3-5 部分电能信息采集终端技术规范-低压集中抄表终端特殊要求》DL/T 698.42《电能信息采集与管理系统第4-2部分通信协议-集中器下行通信》Q/GDW206-2008《电能表抽样技术规范》Q/GDW 356 —2009《三相智能电能表型式规范》Q/GDW 354— 2009《智能电能表功能规范》Q/GDW 365 — 2009《智能电能表信息交换安全认证技术规范》 2.2、主要技术参数:项目技术参数基本技术参数电压规格三相四线: 3×220/380V可根据用户要求设计特殊规格的电表

单相智能电能表说明书

目录 一、产品简介 (1) 1.1 概述 (1) 1.2 规格和主要参数 (1) 二、外形说明及安装 (3) 2.1 液晶显示及内容 (3) 2.2 电表的安装及接线 (5) 三、功能说明 (8) 3.1 计量功能 (8) 3.2 费控功能.......................................................................................................... 错误!未定义书签。 3.3 测量及监测 (8) 3.4 事件记录 (8) 3.5 费率、时段 (9) 3.6 显示功能 (9) 3.7 报警功能 (9) 3.8 冻结功能 (9) 3.9 计时功能 (10) 3.10 脉冲输出 (10) 3.11 通信接口 (10) 四. 工作原理 (10) 五、安装............................................................................................................................ 错误!未定义书签。 六、运输与贮存................................................................................................................ 错误!未定义书签。 七、质保期限.................................................................................................................... 错误!未定义书签。

智能电表联网说明书

简介 ===================================================================== 迎使用山东岳嘉电子有限公司电能表联网预付费管理系统,在使用该系统前请仔细阅读随机光盘中的使用手册或本帮助文件。 本系统是一套集现代化、自动化、科学化为一体的预付费电能表管理系统,适用于本公司自主研发生产的DDSY1599型预付费电能表,具有处理速度快、安全性能高、存储容量大、高效稳定、管理便捷等特点。由于大量用电信息储存在微机中,方便了数据的检索﹑汇总﹑传递等,从而将相关的管理人员从繁重的劳动中解放出来,并为用电管理的科学决策提供依据。 由于能力有限,不足之处在所难免,在使用的过程中,如发现本系统存在某些问题或不足之处,欢迎与我们联系,我们会汇总信息进行改进,望不吝指正,谢谢! 名词解释 =====================================================================断电报警值:当电能表中的剩余电量低于常显报警值进而达到某一数值时,电能表便会自动断电,此数值即为断电报警值,它是警示用户应该去购电的另一种也是最后一种方式。

字轮初始值:登记电能表时,该电能表上字轮显示的数值(出厂时的电能表,字轮一般跑到99999.X,此时字轮初始值可登记为0)。 调剂电量:调剂电量即为福利电,是售电单位以比正常电价优惠的价格或者是免费送给用户的一定数量的福利性电量。 权限:具有做某种事的权力。本售电系统由于考虑到系统运行的安全性,对系统工作人员设有两种角色,一种是系统管理员(只有一名),另一种是系统售电员(若干名,可由管理员来定义,并且系统管理员也可为其设置不同的权限),他们分别具有不同的权限。 系统管理员:系统管理员的责任是负责整个售电系统的正常运行,是本系统最高级别权限的使用者。管理员可以定义本系统售电员,可以给本系统售电员制作售电卡,可以设置售电员权限。管理员除了不具备售电权限外,具备所有权限。系统售电员:系统售电员的责任只是给本系统的用户售电,不能更改系统中的关键设置,如:定义系统售电员、给系统中的用户消户、启户、制卡(指制数据提取卡、制售电卡)、注册售电系统等,但系统管理员可为本系统的售电员定义某些权限,如:给用户开户、补卡、复位IC卡、恢复系统数据、定义用户类型(电价)、定义系统售电参数、定义系统调剂电量价格、换表、使用售电简化界面等。 山东岳嘉电子有限公司 系统要求 =====================================================================

三相智能电表设计

CS5467的三相电度表设计 摘要 本文以智能计量总表为研究对象,采用计量芯片CS5467和AT89S52设计三相电度表,介绍了计量电路原理、系统结构特点。针对10~35kV输配电网正常负荷情况下的精确计量,提出按功率额度计量的电度表设计方案。 采用电流传感器进行信号的检测采样,当负荷电流低于额定电流的20%时,单片机通过检测功率,自动切换到低负荷计量回路,即小电流比计量回路,最大限度降低了电流传感器低负荷运行时造成的信号检测误差,提高电能计量精度。单片机通过对瞬时有功功率的检测,实现了计量回路的实时选通切换和功率分段计量:通过对时间参数的检测,实现了定时存储和分时段计量。 根据电度表参数配置进行CS5467初始化参数计算。为了评估电度表计量数据的真实性和有效性,对模拟信号输入电路进行试验设计,应用ME300B单片机开发系统进行在线仿真调试。以功率参数为性能指标,通过仿真试验,对功率参数的理论值和电度表的显示值两组数据进行分析比较,得出电度表计量数据是真实有效的结论。 采用双变比电流传感器进行电度表设计,扩大了负荷计量范围,提高了电能计量精度,且计量回路切换无需进行人工干预。该方案有望实现全量程的精度均衡和精确计量,为具有实时分段计量功能的三相电度表设计提供一种可行的方案。目前,已完成样表的设计与测试工作。基于精确的试验平台,完成对电度表的增益和偏差校准,即可进行现场试验和数据采集,具有良好的市场应用前景。 关键词:实时分段; 精确计量;CS5467,AT89S52

Abstract The intelligent total energy meter is studied and discussed in this paper.With CS5467 as electrical energy measurememt IC and AT89S52 as control unit,the principium of measuring circuit,and characters of system structure are introduced.As to achieving accurate measurement undernormal load for 1 0~35kV power system,this paper presents a new strategy of three-phase watt-hour meter with the function of real-time measuring in section according to load power.Considering time-unbanlance of power-consumption,another strategy of multi.rate time-subsection measuring to regulate powerload curves is also proposed. In this paper, current sensors with double ratios are used to carry out signal detecting and sampling.When the load current is below 20%of rated value,the singlechip regulates ratios of current sensors to lower 10ad measuring circuit.which reduces current sensor’s detecting error under lower laod.and enhances accurate measurement.By means of power parameters detecting.the adjustment of measuring circuits between normal load and lower 10ad are finished.Time memory and time.subsection measuring are realized by time parameters detecting.The initial values of CS5467 are computed according to the configurations of meter parameters.In order to evaluate the authenticity and ef|ficiency for the measuring data,this paper designs the analog input circuits,and uses ME300B to do simulation and debugging on line. Using power parameters as evaluation index.the experiment results show that the measuring data are valid and faithful,by means of comparing power parameters that computed in theory and that displayed by three.phase watt—hour meter.In the design of three..phase watt..hour meter,current sensor with double ratios enlarges the load measuring range and enhances measuring precision.This scheme can be expected to realize the whole.process precision balance and accurate measurement,and also provides a method for real—time subsection measuring.The design process and test process have been finished.With accurate experiment。table,gain calibration and offset calibration can be done,and this scheme has a good application value.

基于51单片机的电子式单相智能电表设计

山东农业大学 毕 业 论 文 基于51单片机的电子式单相智能电表设计 院系: 机械与电子工程学院 专业班级: 电气工程及其自动化专业三班 届次:20**届 学生姓名: 学号: 指导教师: 二0**年六月六日 ……………………. ………………. ………………… 装 订 线 ……………….……. …………. …………. ………

目录 引言 (3) 1传统电能表 (3) 1.1电能表的发展 (3) 1.2 电能表的发展前景 (3) 2 智能电能表 (4) 2.1智能电表的概念 (4) 2.2 智能电能表的典型结构 (4) 2.3智能电表的主要特点 (4) 3系统设计的基本思路和具体设计任务以及结构框图 (4) 3.1系统设计的基本思路 (4) 3.2具体设计任务 (5) 3.3 系统结构框图 (5) 4系统硬件电路设计 (6) 4.1 计量芯片ADE7757 (6) 4.1.1 ADE7757功能及特点概述 (6) 4.1.2 ADE7757计量芯片的内部结构和各引脚功能 (6) 4.1.3 ADE7757的原理特性 (7) 4.1.4 ADE7757与单片机的接口 (8) 4.2电能计量电路设计 (8) 4.2.1电压采集通道设计 (9) 4.2.2电流采集通道设计 (10) 4.2.3计量芯片与单片机之间连线 (11) 4.3单片机外围电路设计及器件选择 (11) 4.3.1 单片机STC89C52概述、引脚配置及功能概述 (11) 4.3.2 单片机控制电路最小系统 (13) 4.3.3 LCD显示器模块设计 (14) 4.3.3.1 LCD显示器工作原理简介 (14) 4.3.3.2 芯片1602简介 (14) 4.3.3.3 显示电路设计 (16) 4.3.4 数据存储模块设计 (16) 4.3.4.1芯片24C02简介 (16) 4.3.4.2 存储模块电路设计图 (17) 4.3.5时钟模块设计 (18)

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