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1、 摘摘 要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 AT89S
2、52 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。关键字关键字：CS5460A；AT89S52；232 通讯；OCMJ4X8CM；AbstractKeywords: CS5460A; AT89S52; 232communication;OCMJ4X8C； 目目 录录 摘要.IABSTRACT.I第 1 章 综述.1第 2 章 总体方案设计.22.1 设计要求.22.2 系统的基本方案 .22.3 电能计量部分 .2
3、2.4 CS5460A 概述.32.5 其他模块部分 .5第 3 章 系统硬件设计与实现.83.1 直流稳压电源的设计 .83.2 前端电路调理模块的设计.83.3 电能表测量模块的设计.93.4 通讯模块的设计.103.6 液晶显示的设计.11第 4 章 系统软件设计.124.1 主程序流程图.124.2 系统初始化子程序.124.3 系统子程序模块.12第 5 章 系统调试.145.1 软、硬件调试.145.2 功能测试.155.3 系统整体电路图.165.4 误差分析及改进措施.18总结.18参考文献.19致谢辞.20第第 1 1 章章 综述综述1.11.1 电能表的发展概况电能表的发展
4、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
5、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。 1.21.2 设计概况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
6、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。第第 2 2 章章 总体方案设计总体方案设计2.12.1 设计设计功能要求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
7、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； 2.22.2 系统的基本方案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
