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1、目 录第一章 绪论1 第二章 电能测量理论基础22.1 电能测量原理 22.1.1 模拟输入 32.1.2 电源监控电路 42.1.3 数/频转换42.1.4 传输函数52.2 AD7755与微控制器的接口 52.2.1 高通滤波和失调影响 5第三章 设计方案 63.1 设计方案介绍 63.2 方案的设定6 第四章 硬件设计 74.1 AD7755电路图及其功能介绍74.1.1 AD7755中基电能测量分析7 4.1.2 输入电路的设计 104.1.3 输出电路的设计104.2 CPU电路图 114.3 时间和电表读数显示电路 124.4 键盘部分电路图 144.5 串行接口及远程抄表电路图
2、154.5.1对芯片RS485进行介绍 154.5.2 基本控制器的设计及功能184.5.3 通讯CPU的功能主要有184.5.4 以下就是RS485芯片的电路图204.6 时钟信号芯片简介及作用 214.6.1 DS12C887的作用和性能214.6.2 时钟信号芯片的内部结构和管脚图224.6.3 管脚功能表234.6.4 DS12C887应用25 4.6.5 硬件电路264.6.6 软件设计274.6.7 储存功能284.7.1 工作原理29 第五章 软件流程图 30 5.1软件流程图叙述 305.2 软件流程图 31 结论 致谢 参考文献 第一章 绪论目前，许多国家的电力工业机制都在引
3、入竞争机制、建立电力市场的电力体制改革，目的在于更合理地配置资源，提高资源利用率，促进电力工业与社会、经济、环境的协调发展。 在我国，随着改革的深入和电力市场供求状况的变化，现行的电力体制已难以适应社会主义市场经济体制的要求。电力工业快速发展的同时，电力体制改革也逐步深入，电力工业以“公司制改组、商业化运营、法制化管理”为改革目标的基本取向。电力工业管理体制由计划经济向市场经济转变。政府宏观调控、企业自主经营、行业协会提供服务，适应市场经济要求和电力生产特点的新型电力工业管理体制正在逐步建立。电力市场的引入迫使各电力企业的经营管理，相关的政策、法规以及技术支持必须进行相关调整，以适应我国电力市
4、场的需要。 为了促进电力销售，一些供电企业开始探索市场经济条件下供电企业的工作模式，不断转变思想，按市场经济规律的要求加强电力调度和检修工作，加快城乡电网的建设和改造，提高服务水平。电力企业的这种促销行为，在客观上加快了其进入电力市场的步伐。 近年来，由于城乡电网改造，一户一表政策、国家西电东送等跨世纪工程的实施，巨大的经济利润促使电能表生产企业数量剧增。一位业内人士告诉记者，电能表生产企业由两网改造之前的400多家，剧增至两网改造时的1200多家，两网改造后又回落至600多家。目前，我国对电能表的年需求量稳定在8000万9000万台，而生产能力已达到年产2亿台，产能严重过剩，今后市场的格局基
5、本上是供大于求。 电子式产品的过渡自20世纪90年代即有所迹象，进入21世纪之后则近乎势不可挡。而电子表相较于机械表的突出优点，更成为产品转型的源动力。电子表具有的实时计费功能，多参数测量谐波电能计量，可以自动进行断电检测，可以自动读表、并通过GPRS系统、以太网等通信网络将读表结果发送到接收端，以及高精度、高稳定性、高可靠性等特点，为其替代传统的机械表打下了基础。而且，对于大规模制造工厂等工业用户而言，只有电子式电能表才能帮助他们进一步降低成本、改进电能监控功能。不仅工业、商业用表以多功能等电子表为主，在国内民用电能表的市场，电子表的市场占有率也已从5年前的10上升到40，从普通功能型向多费
6、率、多功能等科技型电能表方向过渡。 由此可见本次设计是具有一定的社会价值。第二章 电能测量理论基础21 电能测量原理 AD7755是把从电流通道和电压通道中进来的模拟信号，各自送到一个16位的 模/数转换器中进行模/数转换，转换后的数字信号经过处理后直接相乘得到瞬时功率信号。瞬时功率是由瞬时有功功率和瞬时无功功率组成，为了得到有功功率分量（即直流分量）要对瞬时功率信号进行低通滤波。 AD7755不但能正确计算正弦电压和正弦电流的有功功率，而且还能计算非正弦电压和非电流的功率的有功功率。数学上已证明：当电压和电流波形是非正弦时，可以通过傅立叶分解，而得到电压和电流的正弦谐波成分： （1） （2）
7、 式（1）中是瞬时电压，是电压平均值，是h次电压谐波的有效值，ak是h次电压谐波的相位角。式（2）中是瞬时电流，是电流平均值，Ih是h次电流谐波的有效值，h是h次电流谐波的相位角。根据理论分析，有功功率P可以用电压和电流的基波有功功率P1和谐波有功功率PH之和表示：P= P1+PH。 （3） （4）其中是电压和电流的相位差。 由式（4）可以看出，电压和电流的各次谐波都产生谐波有功功率。又因为AD7755对纯正弦波的功率因数和有功率的计算是精确的，而谐波是由一系列纯正弦波组成，所以，AD7755，从测量的机理上已经充分考虑了电网谐波的存在和影响因素。因此，利用它制作的系统的测量精度和抗干扰能力将
8、大大提高。21 .1模拟输入：通道V1（电流通道） 线路电流传感器的输出电压接到AD7755的通道V1，该通道采用完全差动输入，VIP为正输入端，VIN为负输入端。通道1的最大差动峰值电压应小于470mV。应当注意，通道1有一个PGA，其增益可由用户选择1，2，8或16。VIP和VIN引脚的最大信号电平，最大差动电压470mV，由增益选择而定。在这两引脚上的差动信号必须以一个共模端作为参考点，最大共模信号为100mV。其典型接线电路如下图所示：通道V2（电压通道） 线路电压传感器的输出接到 AD7755的通道V2，该通道的最大差动峰值电压为660mV。加在通道2上的差动电压信号必须以一个共模端
9、作为参考点（通常是AGND），最大共模电压为（100mV）。然而，当共模电压为0V时能获得最好的测量结果。其典型接线电路如下图所示：21 . 2电源监控电路 AD7755片包含一个电源监控电路，连续对模拟电源（AVDD）进行监控。当电源电压低于4V5%时，AD7755将被复位。这对于确保上电和掉电时芯片的正确启动和正常工作有用。电源监控电路被安排在延时和滤波环节中，这在最大程度上防止了由电源噪声引发的错误。 如下图所示，电源监控电路的正常触发电平为4V，触发电平的允许误差为5%。为保证芯片的正常工作应对电源去耦，使AVDD的波动不超过5V5%。 21. 3数频转换 如前所述，低通滤波器(LPF
10、)的数字输出中包括有功功率信息。然而由于LPF不是理想的滤波器，因此输出信号还包括有削弱了的线频率及其谐波成分COS(h(ot)，其中h：1，2，3。由于瞬时功率计算的原因，主要谐波成分为线频率的两倍，即lu。实际上，LPF输出的瞬时有功功率信号仍包括了大量的瞬时功率信息，例如COS(2t)。 此信号被送人数字频率转换器并经过积累，即可得到输出频率。信号的积累可以减少瞬时有功功率信号中的任何非直流成分。另外，由于正弦信号的平均值为0，因此AD7755产生的频率与平均有功功率成比例。 频率输出CF随着时间而变化的原因主要是瞬时有功功率信号中的COS(20t)成分所致。CF输出的频率可以达到n和F
11、2输出频率的2048倍，这个高频输出是在数字转换为频率时积累了很短的时间而产生的。积累时间很短意味着只包括很少的COS(2t)成分，这就使得一些瞬时有功功率信号通过了数字频率转换器。这在实际应用中不成问题，因为当CF用作校准时，频率将会通过频率计数器来平均，由此去掉波纹。 由于n和F2的输出频率很低，因此引入了很多的瞬时有功功率信号的平均值，所以输出的是大大削弱了正弦成分的频率。21. 4传输函数P1和F2的频率输出 如前所述，P1和F2的频率输出是对有功功率信号较长时间的积累，它与平均有功功率成比例。输出频率与输入电压和电流信号的关系如下：Freq=(515.84V1msV2msF1-4)/V2ref 其中，Freq为F1和F2的输出频率，单位为Hz，V1ms和V2rms是通道V1和V2的差分电压信号输入(V)，y对为参考电压(2.5V8)，F
