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1、基于单片机的智能电表的设计摘要公共事业收费自动化和小区物业管理智能化等领域的技术开发和应用越来越受到人们的重视,本文研究旨在提供一种利用低压电力供电网络,低成本高可靠地实现公共事业收费自动化和小区物业管理智能化的技术应用。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。关键词：单片机 AT89C51AbstractTechnique of transmitting
2、data via power line (PL), a new technique developed in recent years ,is used to automatism the free collecting system in public service and the management of uptown service. This article discussed the advantage , disadvantage and the current state of the power line carrier communication. The advanta
3、ge, method and current state of using spread spectrum technique in power line communication are discussed.This design based on the single-chip AT89C51is a microprocessor or microcontroller chip as the core can store large amounts of information and measurement with the measuring results real-time an
4、alysis, comprehensive and make a judgment apparatus. The general automatic measurement function, powerful data processing capability, automatic zero adjustment and unit conversion function, can carry on the simple troubleshooting tips, the operation panel and the LCD, a simple alarm function.Keyword
5、s: single-chip, AT89C51目录摘要IAbstractII目录III前言11 智能电能表概述21.1 智能电能表的概念21.2 智能电能表的典型结构21.3 智能电能表的主要特点32 智能电能表的设计方法42.1 智能电能表的硬件设计方法42.1.1 微处理器或微控制器52.1.2 传感器52.1.3 信号调理52.1.4 A/D转换器52.1.5 D/A转换器62.1.6 智能电能表的通信接口62.2 智能电能表的软件设计方法72.3 智能电能表的抗干扰方法93 智能电能表的硬件设计103.1 电能表概述103.2 电能表的总体方案设计103.3 电能表的控制芯片123.3
6、.1 AT89C51主要特性为：123.3.2 AT89C51各主要引脚功能：133.4 电能计量专用芯片143.4.1 CS5460A的性能143.4.2 CS5460A管脚说明153.4.3 CS5460A外围电路及供电电路设计173.4.4 微控制器AT89C51与CS5460A的接口173.4.5 电源模块183.4.6 电压电流采样模块183.5 液晶显示芯片与AT89C51的接口193.5.1 SMS0601的接口信号说明203.5.2 SMS0601与AT89C51的接口203.6 按键组功能及与AT89C51总线口的连接213.7 SPI接口型EEPROM与AT89C51的接口
7、223.7.1 X5045管脚分布223.7.2 X5045功能描述233.7.3 X5045硬件连接243.8 时钟模块243.8.1 DS13O2的引脚分布见图3.10。253.8.2 DS1302与AT89C51的硬件连接253.9 通断电控制电路274 电能表的软件设计294.1 电能表的软件实现294.1.1 CS5460A与单片机的数据交换实现方法294.1.2 对日历/时钟DS1302的读写操作的软件实现344.1.3 在电能表中对串行EEPROM的读写344.1.4 矩阵键盘键功能处理程序374.1.5 液晶显示器SMS0601在电能表中显示功能实现384.1.6 打印机驱动程
8、序39总结41致谢42参考文献43前言随着国民经济的不断发展，各地对于电能需求量也随之急剧增加，电力已经成为国家最重要的能源。但是，当前居民用电的管理过于落后，一直采用的先用表后抄表再付费的传统作业模式。但是这种管理方式，给居民和管理人员带来诸多不便，而且还存在着一些弊端。为了适应社会的需求，保证用户安全，方便，合理的用电，对传统的电表和用电模式进行改造。使之符合社会的发展需要，所以我选择了基于单片机的智能电能表的设计。所谓智能电表，就是应用计算机技术，通讯技术等，形成以智能芯片为核心，具有电功率计时计费，用电管理的电度表。此次设计的电能表利用微机技术，通讯技术等等，减少了能量的消耗，把采集，
9、处理集中于一体，节省成本和人力资源，提高了工作效率，适应了现代用户的需求。1 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
10、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
11、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
12、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
13、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。2 智能电能表的设计方法2.1 智能电能表的硬件设计方法智能电能表中均含有微处理器或微控制器，在微处理器或微控制器的外围进行设备的扩展如程序存储器ROM、数据存储器RAM、键盘、显示器、报警装置和通信口。作为一个完整的智能电能表还应包括输入通道和输出通道。图2.1表述了智能电能表的硬件结构组成原理图。2.1 智能电能表硬件原理图智能电能表实际上是一个微型计算机系统，它是具有微处理器或微控制器的，并有标准总线接口的新型仪器。不同功能的智能电能表由不同部件组合而成。智能电能表的监控程序固化在程序存贮器EPROM、ROM、EEPROM等中，被测参
14、量通过传感器将非电量变换成电量，然后经过信号处理和模数转换后变为微处理器能直接识别的数字信号。所采集的数据或从键盘上输入的数据以及经过一定的算法运算后的数据均暂存于片内数据存储器RAM中。智能电能表的控制部分一般分两种情况，一是微处理器接受键盘输入的命令后，不需经过数模转换器，直接由接口输出控制信息和数据信息，去控制一些执行机构。智能电能表硬件设计各功能环节如下:2.1.1 微处理器或微控制器微处理器和微控制器在智能电能表中都是智能电能表的心脏，它们的结构、特性对智能电能表的性能影响很大。微处理器也是一种通用器件，如果给予足够的外部支持电路和处理时间，它几乎可以完成任何任务，数据处理和控制是微
15、处理器的两个主要用途。根据智能电能表控制功能和测量功能的不同选用合适的单片机作为智能电能表的核心，从而提高智能电能表的整体性能。2.1.2 传感器传感器是将外界输入的被测量信号变换成电信号的元器件或装置。它作为信息获取的工具和手段，在测量控制型智能电能表中占据了极其重要的地位。传感器能转换信息存在的能量形式，通常是将其他能量形式转换成电量形式，以便进一步加工处理，传感器的输出往往总是电信号。这主要是电信号较容易地进行放大、反馈、滤波、积分、微分、存储及远距离传送等操作。2.1.3 信号调理信号调理装置是通过电子线路来实现模拟信号处理，一般包括放大、滤波、整形、检波、信号转换等功能环节。信号调理的目的是对传感器输出的电信号进行必要的处理以满足信号处理后继环节的需要，使其输出信号适应A/D转换等环节的工作。信号调理可以改善信号质量，还可以补偿传感器的非线性，提高信噪比，增强信号的环境抗干扰能力等。2.1.4 A/D转换器微处理器能处理的信号应是数字信号，因此，在智能电能表的输入通道中加入能把模拟信号转换成数字信号的芯片即A/D转换器。但并不是所有的输入通道都要加入A/D
