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1、三相多功能电表设计摘 要本方案主要由检测电路、专用电能计量芯片ATT7022、STC12单片机、12864液晶显示、按键、RS485通信、红外通信以及电源部分组成。电路中的电流（电压）信号经过电流（电压）互感器，强电信号转换为安全的弱电信号，通过ATT7022把计量数据传给单片机，由单片机控制12864液晶显示,另设按键可选择显示测量数据,并扩展RS485和红外线通信功能。因为ATT7022具有极高的精度，能够达到1级测量精度要求，由于互感器铁芯趋于饱和，当电力线路出现过电压或过电流时，其输出不会成正比的增加，能保护测量仪表设备。关键词: STC12单片机 ATT7022计量芯片 三相电参数测
2、试 RS485通信 红外通信AbstractThis scheme mainly consists of Detection circuit, Special energy metering ATT7022 chips，STC12，128 * 64 LCD display，key，RS485 communication，Infrared communication and power.The current in the circuit by current signal (voltage transformer, high voltage (voltage) signals are conv
3、erted to electricity signal, the safety ATT7022 through the measurement data to SCM by single-chip microcomputer control, 128 * 64 LCD display, and buttons can choose to display measured data, and expand RS485 and infrared communication function. Because of the high precision, ATT7022 can reach 1 le
4、vel measurement accuracy requirement, and because of transformer core tend to saturation, when power line voltage or current appeared, the output will increase, the proportional to the measuring equipment to protect.Keyword: STC12MCU ATT7022 measurement chip Three-phase electrical-parameter test RS4
5、85 Serial Communication Infrared communication infrared communicationII目 录第一章 绪论.11.1 课题的研究目的和意义.11.2 课题的主要研究内容.21.3 三相电表的研究情况及其发展.3第二章 三相多功能电表的总体设计.82.1 方案论证.82.2 总体方案.142.3 三相电表的工作原理.11第三章 硬件设计.133.1 硬件结构.183.2 测量单元.193.2.1 ATT7022简介.193.3 单片机.233.4 RS485通讯模块.273.5 红外通讯模块.303.6 显示模块.333.7 电源电路.333
6、.7 校表.33第四章 软件设计.394.1主程序设计.394.2中断程序设计.43参考文献.46谢 辞.46附 录.47第一章 绪论1.1 本课题的研究目的和意义电能表是电力系统中重要的组成部分,是衡量电能消费数量的计量仪器,其技术性要求很高,既要求精确计量,更要求稳定工作,并能保证长期高度的可靠性,对于电力事业的发展有十分重要的意义。本设计所研制的三相多功能电能表以STC12C5410单片机为核心,集计量、显示、控制、保护和通信于一体。系统采用ATT7022取代了采样硬件电路。ATT7022是一款精度高且功能强的多功能基波谐波三相电能专用计量芯片,该芯片适用于三相三线和三相四线的应用,它还
7、集成了参考电压电路以及所有包括基波、谐波和全波的各项电参数测量的数字信号处理电路,能够测量各相及合相包括基波、谐波和全波有功功率,无功功率,视在功率,有功能量以及无功能量,同时还能测量频率,各相电流以及电压有效值,功率因数,相角等参数,提供两种视在电能,充分满足三相多功能电能表以及基波谐波电能表制作要求。相比传统的设计方法来说,这不仅大大化简了外围电路,降低了成本,而且提高了设备的精度和可靠性。此外,采取RS-485通信方式,系统能够方便地与上位机进行数据交换,更有利于电力系统的自动化。1.2 本课题的主要研究内容 该三相多功能电表对电网电压，电流信号进行调理，电压经过分压电阻或者互感器，电流
8、经过高精度电流互感器，把大信号转换成小信号经过计量芯片ATT7022计算出电压、电流有效值，有功、无功功率等并通过液晶进行显示。多功能电能表是一个微处理系统, 微处理器是多功能电能表的核心, 所有的计算、数据交换、控制、显示、通信等功能都是基于单片微处理器来完成的。综合考虑性能、资源及应用情况, 设计选用了89C51系列单片机。计量芯片选用大规模集成电路ATT7022, 该芯片内部由计量电路、CPU、存储器、LCD显示驱动电路、外围逻辑电路等几部分组成，其中计量电路含有基准电压源和有功功率与有功电能, 无功功率, 电压有效值, 电流有效值及频率所需要的全部数字信号处理功能的电路。ATT7022
9、支持 IEC687/1036 标准的精度要求, 在动态范围1000:1 内误差小于0.1%。该电能表提供RS-485通信接口方式，通信设备的三根通信线A、B、通信地线与电能表通信接口RS-485的A、B、通信地线对应联接进行数据通信。1.3 国内外的研究情况及其发展2003年以来，也就是中国的城市和农村电网进行大规模改造、建设之后，电力系统对三相多功能表的需求量迅速增长， 2004年产量估计约70万台，以不足全国电能表总产量1%的份额，创造11%的电能表总产值。由此，国际、国内电表企业纷纷看好商机，抓紧新技术开发，不断推出三相多功能表的新产品，以满足电能表市场的应用需求。与传统的机械表相比，采
10、用电子计量原理的三相多功能表，具有高精度、多参数测量、谐波功率电能计量等优势。从总体评价，三相多功能表还是稳态电力负荷计量产品，由于其应用领域扩大，电力系统对电表不断提出新的技术要求。现有的三相多功能表性能和品质，都不能完全适应电力系统的需求。因此，如何正确把握产品技术发展趋势，改进产品设计，将三相多功能表技术水准推向一个新的高度，无疑是电表行业和电力系统共同关注的课题。 一、引进的三相多功能电能表新技术 引进的三相多功能表新技术，代表目前国际上电能表技术的最高水平： 1、高精度、长寿命计量 准确度为0.1%的有功电能计量，超过IEC在线计量的最高准确度要求，其误差曲线的带宽为+/-0.05%
11、； 0. 2 S级三相基波表，具有分相的250次谐波有功功率计量； 0.2S级长寿命的电网关口表，具有电能质量计量模块。 2、高速率、实时测量 交流采样速率为256点/周波，记录周期最短为10毫秒； 电能质量计量：63次谐波、电压闪变、故障录波78微秒的瞬变，供电可靠性指标的记录为99.9999999%。 3、开放式、高速率通信技术应用 开放式通信协议IEC62056-61/62/53/46/42，抄表、费率、负荷控制数据交换； 互联网通信，自动发送E-mail报警信号、系统运行状态刷新、数据记录，通过以太网连接到某些国际知名的电量计费系统的关口表，Web服务器可直接读取电表各种实际数据、电能质量参数，无需任何专用软件。 4、三相电能计量专用芯片 采用低频滤波法计量谐波无功功率的三相计量芯片，高位-A/D，负荷动态范围1000：1，线性度0.1%，具有温度测量功能，片上接口可直接与微分电流互感器连接； 精度优于0.1%的三相SOC单芯片，21位2阶-A/D，32位可编程的电能量计算引擎，负荷动态范围2000 ：1，片内集成：高速8051单片机、硬实时钟、LCD驱动电路、看门狗电路、定时器、多种存储器、多种通信接口等。二、国产三相多功能电能表新技术 国产电子式三相多功能表技术开发起步较晚，近几年，注重吸收国际计量技术与管理经验，强化自主开发，取得了许多新的技术成果：
