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1、基于ADE7758的数字电流表设计 毕 业 设 计（论 文）题目：基于ADE7758的数字电流表设计（英文）： Design of Digital Ammeter Based On ADE7758院 别： 专 业： 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期： 2010年5月 村民建房委员会应建立村级农房建设质量安全监督制度和巡查制度，选聘有责任心和具有一定施工技术常识的村民作为义务巡查监督员，开展经常性的巡查和督查。基于ADE7758的数字电流表设计摘要针对利用常规ADC0809芯片设计电流表存在着检测精度低、测量复杂的缺陷，提出了一种新型数字式电流表的设计方案。该方案采用新型多功能电能专用芯片
2、ADE7758和电流互感器，结合STC89C52芯片进行设计，大大简化了电路，提高了电流计量精度。经实验室多次实测，系统工作稳定可靠，实测数据的相对误差在1%以内。文中给出了系统硬件电路设计及软件编程。关键词：ADE7758；STC89C52；电流互感器；智能计量lDesign of Digital Ammeter Based On ADE7758ABSTRACT ForusingconventionalADC0809chipdesignammeterwithalowdetectionprecisionandcomplexmeasurementdefects,thatputsforwardth
3、edesignschemeofanewtypeofdigital.Theschemehasthenewtypeofmulti-functionofspecialschipADE7758electricpowerandcurrenttransformer,whichcombinedwithSTC89C52chip,.Itwouldgreatlysimplifiesthecircuitandimprovetheprecisionofcurrentmeasurement.AfterLaboratorymeasuredmanytimes,wewouldmakethedecisionthatthesys
4、temworkstableandreliable,andithas1%relativeerrorinthemeasureddata.Thesystemhardwarecircuitdesignandsoftwareprogrammingarealsogiveninthispaper.ammeter.。keyword : ADE7758; STC89C52; Current Transformer ; Intelligent Metering目录1 绪论11.1 课题背景及意义11.2国内外发展状况21.3 系统设计要求32 系统总体设计42.1系统结构框图42.2元器件选择52.2.1计量芯片
5、的选择52.2.2 单片机的选择82.2.3显示器件的选择82.2.4 电流互感器的选择93 系统主要硬件电路设计103.1 信号调理电路103.2与单片机通信电路113.3显示电路123.4电源供电要求134 系统主要程序设计144.1主程序的设计144.2计量模块的设计154.3显示模块的设计175 系统调试195.1 软件调试195.2 硬件调试195.3 调试分析226 结束语23参考文献24致谢25附录A 实物图26附录B 系统原理图27附录C 程序清单281 绪论1.1 课题背景及意义高精度三相电流表的国内研究和研制起步比较晚，以前主要依靠进口。90年代后，国内一些厂家对三相电流表
6、的研究已经基本成熟，并形成了批量生产，在市场上已经出现了国产多功能电表逐步替代进口产品的局面。但是，国产三相电流表存在着诸如精度低、功能不完善、抗干扰能力差等致命缺陷和不足，极大地限制了国产三相电流表的应用和推广。因此，开发高精度的三相电流表，尤其是0.2级或更高级电流表，已经变成非常重要的研究课题，并具有巨大的商业价值。电流表的发展大致可以分三个阶段：第一阶段为感应表阶段时功率。感应表通过电磁转化理论，将电流信号转换成相应比例的磁场。铝制的转盘在两个磁场的作用下转动，通过机械传动机构带动计度器，从而完成对电能的计量。感应表在这种理论下形成的制造技术已相当成熟，但因为其机械传动机构主题的限制，
7、无法满足人们对电流表计量的高精度的要求，更无法实现多功能。90年代，国内出现了静止式电流表，它采用了数字处理技术和时分割乘法器，式电能计量的手段完全采用集成电路来完成。静止式电流表一经出现，便显示了巨大的生命力，计量精度由感应式表的2.0级提高到1.0级，电流表的体积明显缩小，重量也只有感应式的一半。这种静止式电流表随着电子元器件的价格下降、可靠性的提高，在价格与寿命方面均显示了较强的生命力，很快在我国得到较大推广。但由于这些表大多数用计量精度低的专用芯片，电流表精度仍停留在计量有功1.0级上，并且不能满足大用户需要的高精度的电流值参数的计量要求。第二阶段为数字测量仪表，这类仪表的基本原理是将
8、模拟信号通过电子线路转变为数字信号，进行计算并显示出来。这类仪器同指针式仪器相比较精度有了很大的提高，能直观读取测量结果，而且可靠性高，易于使用。但电子线路比较复杂，不能自动适应测量环境的变化，而且仪器比较难校准。第三个阶段为智能仪器，所谓智能仪器，一般指含有微处理器的仪器，通过微处理器来控制数据的采集，并对数据进行处理。因此能够用软件的方法实现信息的采集、处理和存储，大大简化了仪器的整体结构。这类仪表不仅精度高，功能强大，而且能适应各种复杂的环境。2000年后，随着数字信号处理技术的成熟，各大公司相继研制出了基于DSP芯片的三相全电子电流表，这种电流表虽然精度有很大的提高，但是生产成本比较高
9、。因此，设计一种多功能、实时性高、精度高和成本低的电流表是电工仪表行业研究员一直追求的目标。1.2国内外发展状况电力工业发展初期曾用电解化学原理电流表计量收费。1890年，发明了感应式电磁原理电流表，沿用至今已有100多年。随着电费制度的发展，提出分时计量、需量计量预付费等要求，特别是19世纪70年代以来各国酝酿发展电力市场又提出实时电价、负荷曲线计量、双工通讯、远方采集数据、记录负荷曲线和电能质量、控制负荷以及费率编程等要求，原来的感应式电流表虽经多方面的改进扩充，已很难满足电力市场日益发展的功能和要求。20世纪中叶，微电子和信息产业等新技术的发展，有力的支持了电流表的革新。先是高精度电子式
10、标准表的出现满足了校验技术的要求。国外家用电子式电流表早已实用化。世纪之交，电力市场改革浪潮遍及全球，各国电力公司都认识到市场竞争的核心是电流表。特别是用户选择供应商和实时电价，要求电流表有灵活、可靠的双向通讯功能以及与不同的制造商所生产的电流表在电力市场技术支持系统中的兼容性，因而提出了标准化和兼容性问题。在欧洲许多著名电流表厂的倡导下成立了DIMS用户协会，DIMS已构成IEC有关表计规约标准的基础。国际上电子式电流表经过50多年的发展，开始都是基于模拟乘法器原理的，在历史上曾有过多种原理线路，后来演变成为时分割和霍尔效应两种乘法器。由于数字技术的迅猛发展，目前已有趋势全部更新为A/D转换
11、计算机处理的方法，这样也更有利于实施负荷控制、记录电能质量、计量负荷曲线、发展电流表的通信功能以及确保精度高。我国20世纪70年代开始用电子式标准电流表。先是使用进口产品，后来到8090年代国内已能商业化生产5级电子式标准电流表，也已研制出更高准确度等级的标准电流表。随后，电子式电流表在国内的应用和制造发展都很快。1993年由国内厂商试制成功单相电子式电流表，1994年在华东试用2000只，第一年故障率小于1%。90年代中期，高精度电子式电流表发展迅速，逐渐为广大电力公用企业所接受。仅1998年电子式电流表的产销量比1997年增加400%。国家电网、省电网各级关口表大部分更新为电子式电流表，但
12、是大多数为进口电流表，总数近万只，运行情况较好。近几年，许多大用户（大于100KW）也开始试用三相电子式多功能电流表，致使需求猛增。2000年国内三相电子式多功能电流表销售仅为12万台，2001年就上升到18万台。到2004年为止，三相电子式多功能电流表的年需求量已经超过了70万台，创造11%的电流表总产量。国产0.5级电子式电流表也开始在部分地区使用。但是，国内0.2级以上的电流表技术尚未成熟，一直处于试验阶段。现在重要部门、重要设施所使用的0.2级以上的电流表一直使用国外的成熟产品。因此，研制0.2级以上的高精度、多功能三相电流表对于我国电工仪表行业具有重要的意义。1.3 系统设计要求完成
13、一台电流表（外壳采用PCB板可补充模块，采用液晶显示器）主要技术指标：供电电压：220V（10%）测量范围：01000MA测量精度：1%仪表灵敏度：0.1MA2 系统总体设计系统采用单片机为运算核心，以高精度计量芯片采样来实现课题所预设的功能。芯片的选择，直接影响整个系统的性能及实施细则。方案的设计主要根据课题任务的要求而确定。设计思路大致为：通过电流互感器感应所测量端的电流量信号传送给高精度计量芯片处理后，传给单片机运算将对应值送给显示模块显示。2.1系统结构框图计量芯片单片机SPI电源电路显示电路串口通讯电路按键电路信号检测与调理系统结构框图由以下几个模块组成，计量模块、主控模块、显示模块
14、、计量回路选通模块、通信模块、电源电路等。图 2.1 系统总体框图2.2元器件选择2.2.1计量芯片的选择目前市场上主要的三相计量芯片有ADE7758，ATT7026A，PL3223，三者都用于三相多功能电能计量，均适用于三相三线制和三相四线制具有50Hz或60Hz标准频率的电网。在电能计量上的差别主要有：ADE7758提供各分相参数；支持过压、过流、线电压跌落、获得电流/电压采样值、在指定时间内检测到/未检测到过零点、相序错位、有功/无功功率符号变化、有功/无功/视在电能累加寄存器半满、电网周期累加模式下最后一个过零点检测完毕等中断。但不提供功率因数、相角及各项电能参数。ATT7026A提供各分相、合相参数，但不具有中断功能。PL3223提供若干间接参数。依次计算出电压有效值、电流有效值、线电压频率等参量，智能提供过压、欠压中断。考虑到本设计需要提供的电能参数的多样性，因此选择了可以提供多种中断源的ADE7758芯片。ADE7758是美国ADI公司推出的三相高精度多功能电能计量芯片。ADE7758的电压通道为16bit -型ADC，动态范围为20：1
