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1、Abstract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
2、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 AbstractWith the rapid development of economy of our country and gradual increment of power onsumption, electrical energy becomes
3、the significant guarantee of national economy and peoples 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 ta
4、ke 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
5、 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 i
6、s 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-m
7、odel multi-function electronic watt-hour meter has the excellence of run stability, high reliability, good commonality and strong ability of anti-jamming, etc .Its fit in with the market demand of the watt-hour meter.Keywords energy metering Multi-function electronic watt-hour meter ATT7022B multi-r
8、ate real-time clock54目录目 录第1章 绪论51.1 本课题研究背景51.2 电能表的发展及现状51.2.1 感应式电表（机械表）51.2.2 机电一体式电能表61.2.3 全电子式电能表61.2.4 多功能电能表现状及发展趋势61.3 课题研究目的和意义71.4 本文的主要研究内容8第2章 电能测量原理92.1 三相电路接线方式92.2 电能测量原理102.3 三相有功电能的计量112.4 电子式电能表的测量原理122.4.1 模拟乘法器132.4.2 数字乘法器142.5 本系统采用的测量方法14第3章 硬件设计163.1 硬件总体方案163.2 主控芯片及其外围电路1
9、73.2.1173.2.2 时钟振荡电路183.2.3 单片机监控电路183.3 电量信号采集和预处理203.3.1 ATT7022B芯片介绍203.3.2 电压电流采样电路223.3.3 ATT7022B与单片机的接口243.4 存储器单元253.5 通信模块设计263.5.1 RS-485通信接口263.5.2 红外通信模块283.6 实时时钟电路303.6.1 时钟芯片DS1302303.7 人机接口模块设计313.7.1 键盘输入313.7.2 LED显示323.8 电源单元333.8.1 电源设计原理及图形333.8.2 器件选择353.9 继电器驱动单元36第4章 系统软件设计38
10、4.1 开发环境384.2 主程序流程图384.3 程序模块化设计394.3.1 上电初始化模块394.3.2 通讯模块404.3.3 显示、键盘模块444.3.4 电能计算部分软件设计454.3.5 费率转换部分设计46第5章 结论与展望485.1 论文总结485.2 本文的不足及课题展望48致谢50参考文献51附录53长春工业大学本科生毕业论文第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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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
