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1、2011届毕业生毕业论文题目: 插座式节能智能电表设计院系名称：专业班级：学生：学号：指导教师：教师职称： 教 授 2011 年 05 月 30 日 / 摘 要插座式电能表是一种可带插座的电子式电能计量仪表，计量插座为负载电器设备提供接插用电的同时，实时捕获电器设备的各项参数，并可按需要随时设置测量容、同步观察电器设备的各项工作参数，让人们更为方便地监测电器设备的工作状况，为科学节能、安全合理地使用、维护和调校电器设备提供有效帮助。本设计基于ADI公司的ADE7755单相电能计量芯片,并以飞思卡尔公司的MC9S08AW60作为微控制器，设计了一款新型的单相插座式电能表实现方案。完成了插座式节能
2、智能电表各个硬件模块电路的设计，包括电源稳压电路、电能计量电路、LCD显示电路、实时时钟电路、外扩EEPROM电路、继电器保护电路等。电能计量芯片检测的电能以脉冲的形式送给MCU，MCU经过运算处理后，将数据送给LCD、外扩EEPROM进行显示和存储。本设计完成了插座式节能智能电表的软硬件设计，可用于实时监测负载的工作状态，测量交流型电器的功率和记录消耗的电能，并根据需要可设置自动断电（限制负荷大小和按定时器设定时间控制拉闸）。关键词：电能计量；ADE7755；智能电能表TitleDesign of the Socket Energy-saving Smart MeterAbstractThe
3、 Socket Smart Meter is an electronic energy measurement instruments which has a socket, with which the socket smart meter can provide measureoutlet plug for the electricity load, and can also catch various kinds of parameters of electrical equipment. Whats more, the content and working parameters in
4、 synchronization observation of the electrical equipment can be set according to the needing at any time. Therefore, it makes people monitor the working condition of electrical equipment more easily and provide effective help for scientific energy saving, safe and reasonable use, maintenance and adj
5、ustment.Based on ADIs single-phase energy metering IC ADE7755and MC9S08AW60 as Freescales microcontroller, the design aims tocreating a new type of single-phase power meter socket implementations. Various smart meter socket hardware module circuit designsare completed, including the power regulator
6、circuit, power measuring circuitry, LCD display circuit, real-time clock circuit, external expansion EEPROM circuit and so on. The power of the detection of energy metering chipsare sent to MCU in the form of pulses, and then the data deal with MCU can sent to LCD and external EEPROM for expanding d
7、isplay and storage. Both hardware and software of smart meter socket are completely designed for monitoring of the operating parameters of the work load, measuring the exchange-type electrical power and recording of power consumption, and automatic power-off can be set as needed (limit load size and
8、 control the brake according to timer.) 朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典Keywords：Energy Measurement； ADE7755； Smart Meter目 次1 绪论11.1 插座式节能智能电表研究的背景与意义11.2 电能表的发展11.3 研究的容22 插座式节能智能电表方案整体设计32.1 方案整体结构32.2 方案硬件的选择32.3 软件开发环境与开发工具63 电能计量芯片83.1 ADE7755的特点83.2 ADE7755工作原理93.3 模拟输入103.4 ADE7755的测试曲线124 插座式节能智能电表硬件电路设计134
9、.1 电能计量电路134.2 LCD显示电路144.3 实时时钟电路144.4 外扩EEPROM电路155 插座式智能电表软件设计165.1 电能计量程序165.2 LCD显示程序175.3 外部数据存储器程序185.4 实时时钟程序196 插座式智能电表方案设计展示和展望216.1 硬件实物展示216.2 插座式智能电表展望22总结23致24参考文献25附录A 方案总电路图27附录B 方案软件总流程图28附录C 方案设计展示29附录D 主要元器件参数表30附录E 部分程序清单311 绪论电能表作为电能计量的专用仪表,它起着计量负载消耗的或电源发出的电能的作用，在电能管理仪器仪表中占有很大比例
10、,其性能直接影响着电能管理的效率和科技水平。本章主要介绍了插座式智能电表的背景、意义、发展的状况，以与本设计要研究的容。1.1 插座式节能智能电表研究的背景与意义随着居民生活水平的提高，越来越多的家用电器进入千家万户，居民用电量节节攀升，但各种家用电器的耗电量到底是多少呢，为什么会用这么多电，是不是有些电器出现故障了，一般家庭缺少简单有效的监测电器工作情况的工具，不能做到明白用电、安全用电和节约用电。众所周知，很多节能电器设备上，只是标定了一个功率，其实不然，很多电器设备在运行和待机状态下的功耗是不一样的。比如，我们家的冰箱，工作的时候是127W左右，静待状态是5W；遥控电扇的工作状态，低风5
11、2W,中风56W，高风64W，待机状态5W。现在市场上节能产品很多，但如何辨别节能产品的真伪与效果呢？想知道自己电脑用了多少电量吗？想知道现在的电压稳定吗？想了解我们用电磁炉做饭每天使用多少度的电量吗？电视机、电脑处于待机状态还在用电吗？空调如何使用最省电？冰箱压缩机怎么一直在工作？制冷温度设在多少度既能满足要求，又省电？插座式智能电表可在为电器设备提供接插用电的同时，还可实时监测电器设备，能直观、方便地了解电器设备的工作状况（如：工作电压、功率、累积电量等），为科学、合理地使用和维护电器设备、节约用电提供有效帮助。1.2 电能表的发展我国的电能表的生产始于50年代，经过几十年的努力，电能测量
12、技术和仪表的开发、生产得到了飞速发展。各类电能表（感应式、全电子式）在品种和质量上得到了扩展与提高，为满足推行峰谷电价制的需要，开发与生产了各种复费率电能表；为满足一户一表制的需要，开发了IC卡预付费电表；为防窃电，开发了防窃电电能表；为满足用电营业管理的需要，开发了多功能电能表、管理系统；为满足负荷监控的需要，开发了无线电力负荷监控系统；为实现抄表自动化、远程化，开发了远程自动化抄表系统，为了实时监控负载电能消耗，开发了插座式智能电能表1。电能表作为计量管理和用电管理的终端,它所提供的各种功能是实现电力系统自动化管理必不可少的。传统的测量都是采用A/D转换电路,但这种方法使部分电参量测量精度
13、欠佳,性价比不理想,且软件编程相对复杂,微控制器必须对采样电路进行数据处理（如电压、电流的平均值、有效值,有功、无功计算等）。而随着现代电子产业的高速发展，测量电路的集成化、模块化成为未来发展的趋势，各大器件公司也纷纷推出自己的电能计量芯片。这种集成芯片不仅精确度高,而且硬件、软件设计简单，价格便宜,性价比高,极具市场潜力。目前国单相电子式电能表大部分都是采用电能计量模块，外扩少量元器件而组成的，各种单相电子式电能表所使用计量芯片的基本原理大致一样，因此，全电子、多功能、低功耗、小体积的电表研发逐渐成为了一种趋势。1.3 研究的容本课题要设计并制作出一台插座式智能电能表，要实现电能电量的采集，
14、存储和输出显示，实时监测负载的用电状态，同步观察电器设备的各项工作参数，让人们更为方便地监测电器设备的工作状况，为科学节能、安全合理地使用、维护和调校电器设备提供有效帮助。本设计要实现的目标是：（1） 设计电能计量方案，选择电能计量芯片； （2） 构建方案的整体框图；（3） 设计电能采集电路、实时时钟电路、电源和备用电源电路等硬件电路；（4） 设计电量采集、数据存储、实时时钟产生、键盘输入和LCD显示程序；（5） 完成硬件的制作和软件的调试；2 插座式节能智能电表方案整体设计本设计的各个硬件模块相对独立，彼此间的工作互不影响和干扰，这保证了系统运行的稳定性；软件采用分支循环方式。本章主要介绍了
15、方案的整体结构、硬件各个模块的选择和软件编译环境。2.1 方案整体结构电能计量芯片从家用220V交流电线路上采集电压、电流信号，经处理后进行乘积运算，运算的结果通过功率频率转换器转换成与平均功率成正比的脉冲信号输出，MCU在一个计数周期进行计数，并转换为功率传给LCD和外扩存储器，存储器在记录电量的同时，也记录此时刻的时间，以便以后查询。当线路过载或定时时间到时，MCU控制继电器，断开线路。系统总体框图如2.1所示。 图 2.1 方案整体设计框图2.2 方案硬件的选择本设计中的集成电路包括：微控制器、电源稳压芯片、电能计量芯片、实时时钟、外扩存储芯片和LCD。2.2.1 微控制器的选择控制器是一个设备的大脑，控制器的性能直接关系到控制质量，同时也是整台设备占用成本比较多的部分，因此微控制器的选型非常重要。MC9S08AW602美国Freescale公司生产的一款8位微控制器,拥有62KB片上在线可编程FLASH存储器和2KB片上RAM，具有模块保护与安全选项功能，支持2.75.5V电源。片总线时钟最高可达20MHz，可选择宽围的时钟频率。其部集成了高性能模/数转换器（ADC），AD单次8位转换最短时间是20个ADCK周期+5个总线时钟周期，按20MHz的主频ADCK分
