基于单片机的数字电能表的设计.pdf

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本科毕业论文（设计）题目基于单片机的数字电能表的设计_院（系）机械与电子工程学院_专业电气工程及其自动化_学生姓名*_学号_指导教师*职称教授_论文字数__完成日期:

年月日巢湖学院本科毕业论文（设计）诚信承诺书本人郑重声明：

所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

本人签名：

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_年_月_日巢湖学院本科毕业论文（设计）使用授权说明本人完全了解巢湖学院有关收集、保留和使用毕业论文（设计）的规定，即：

本科生在校期间进行毕业论文（设计）工作的知识产权单位属巢湖学院。

学校根据需要，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅；学校可以将毕业论文（设计）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业，并且本人电子文档和纸质论文的内容相一致。

保密的毕业论文（设计）在解密后遵守此规定。

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_年_月_日导师签名：

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_年_月_日巢湖学院2016届本科毕业论文（设计）I基于单片机的数字电能表的设计基于单片机的数字电能表的设计摘摘要要电能是社会生产、人民生活必需的重要能源之一，随着我国科技的进步与经济的不断发展，人们生活水平的不断提高，电能与人们的日常生活关系日益密切，电力的需求急剧上升。

因此电表的智能化是必然的趋势。

这次设计的主要内容是：

使用AT89C51单片机实现电能表的分时计费工能，通过添加矩阵键盘，可以对电费的单价和时间进行设定。

利用电阻分压和电流互感器对电压电流的进行采样，采集的模拟数据通过ADC0832转换为单片机可以处理的数字信息，再传给单片机进行电能的计算与计费，然后把得到的结果显示在LCD1602液晶显示屏上，实现了实时电能与费用的显示。

这次设计只是对电能表的分时计费功能的一个模拟实现，在整个模拟的过程中，分为六大块来处理，分别是：

AD转换模块、逻辑计算模块、按键检测模块、设置模块、显示模块、存储模块。

如果真正要做出一个实用的电能表，还需要后续的进一步研究。

关键词关键词：

数字电能表；单片机AT89C51；液晶显示基于单片机的数字电能表的设计IIDesignoftheDigitalWatt-hourMeterBasedonSingleChipMicrocomputerAbstractPoweristhesocialproductionandpeopleslifemustbeoneoftheimportantenergy,alongwithourcountrysscienceandtechnologyprogressandeconomicdevelopment,constantlyimprovepeopleslivingstandard,thepowerandiscloselyrelatedtoPeoplesDailylife,electricitydemandhasrisensharply.Theintelligentelectricmeterisinevitabletrend.Themaincontentofthisdesignis:

useAT89C51singlechipmicrocomputertorealizethetimesharewatt-hourmeterbillingworkerscan,byaddingthematrixkeyboard,theelectricitypriceandtimecanbeset.Usingpartialpressureresistancetovoltageandcurrenttransformercurrentsampling,simulationdatathroughADC0832intoasinglechipcanhandledigitalinformation,andthentothecalculationofelectricityandthesingle-chipbilling,andthentheresultsaredisplayedintheLCD1602screen,realizedthereal-timeelectricityandthecostofdisplay.Thisdesignisjustasimulationofthetimesharewatt-hourmeterchargingfunctionimplementation,intheprocessofthewholesimulation,isdividedintosixblockstodealwith,respectivelyis:

theADconversionmodule,logicalcalculationmodule,keydetectionmodule,settingmodule,displaymodule,memorymodule.Ifreallywanttomakeapracticalwatt-hourmeter,alsoneedtofollow-upfurtherresearch.KeyWords：

digitalwatt-hourmeter;singlechip;LCD目目录录摘要.I1绪论.11.1电能表的介绍和发展状况.11.2数字电能表应用的意义.12电能测量与电表工作原理.22.1电能参数的测量.22.2电表的工作原理.32.2.1机械式电能表的工作原理.32.2.2数字电能表的工作原理.33数字电能表的电路设计.33.1数字电能表电路设计方案.33.2电流电压获取及模数转换模块.43.3电能显示模块.63.4电源供电模块.74数字电能表的软件设计.94.1软件介绍及主程序设计.94.2AD模数转换子程序.104.3电能计量程序.104.4显示程序.114.5设置程序.124.6时间设计程序.134.7存储器24C02的设计程序.145仿真调试.14结束语.16参考文献.17附录.19巢湖学院2016届本科毕业论文（设计）111绪论绪论1.11.1电能表的介绍和发展状况电能表的介绍和发展状况简单来说，电能表就是一种用来测量电能的仪表，又名千瓦时表、火表等。

按用途分有工业用表和民用表、最大需量表、和分时计费表；按工作原理和结构分有电子的、机电一体的、感应的；按安装接线方式分有直接接入的、间接接入的；按接入电源性质有交流表、直流表；按用电设备分有单相、三相三线、三相四线电能表等等。

电能表的发展史类似于大家熟悉的电脑的发展史，最早的电能表是根据电解原理制成的，十分笨重，有几十公斤重，而且还没有精度的保证，但是这种技术受到了科学界的重视和赞扬，很快在工程上就采用了它。

后来随着科学的不断发展，技术的不断更新，科学家们根据交流电又研发出感应式电能表，这种电能由于结构简单，操作安全、耐用又便宜、适合于批量化生产，发展特别快，以至于在后来很长一段时间里全世界各个地方都是使用这种电能表来计费电能。

二十世纪五十年代，我国开始引用这种电能表，后来经过二十多年的不懈努力，我国已经实现了这种电能表的大规模批量化生产。

随着我国经济的飞速发展，对电量里的要求日益增大，在不同时段用电量出现很大的不平衡状况，为了解决这一问题，多费率电能表应育而生，这种电能表对不同时段的用电量采取不同的计费标准，以实现削峰填谷，有利于提高我国电网的使用效率，更能合理的利用电力资源。

而这种电能表就需要用模拟或者是数字电路来实现电能计量了。

1.21.2数字电能数字电能表表应用的意义应用的意义随着数字化电能表的普及化，使用数字化电能表替代机械电能表的好处也日益突出，最明显的好处，对于大多数认得看法，就是它智能了，家用电器的智能化是当今社会的发展趋势，这关系到我们所追求的品质生活理念。

为什么说它智能化了呢，第一点：

通过单片机对时钟的控制可以实现分时计费，从而平衡电网，提高用电效率，第二点：

实现IC卡计费的数字电表可以通过刷卡消费电能；实现红外感基于单片机的数字电能表的设计2应抄表的数字电表可以更方便的抄录用电量。

第三点：

数字电能表还可以实现一些监管控制功能，比如设定功率的最大值可以实现功率监控，当用户的用电量超过一定的功率范围时，数字电能表可以采取某些操作，比如报警，断电之类，类似的还有过流监控，过压监控，等等好处这里就不一一列举。

22电能测量与电表工作原理电能测量与电表工作原理2.12.1电能参数的电能参数的测量测量对于电能参数的测量来说，只需要得到负载的电流和电压即可，对于交流电来说，一般用有效值来衡量电压电流的大小。

电压电流的有效值的计算如下所示：

设有一电阻R，流过它的直流电流为I，在时间T内做的功为21WIRT（21）如果电流I为周期性的交流i,在时间T内做的功为220TWiRdt（22）由12WW得220TiRdtIRT（23）所以交流电流i的有效值为201TIidtT（24）同理得到交流电压的有效值为201TVudtT（25）利用分割的思想，即微积分的思想把电流和电压分别函数离散化，得211（）NnuVnN（26）211（）NnIinN（27）式中把时间T进行N等份，把积分换成N等份之后对离散采样值u（n）和i（n）的分别求和，即得到它们的有效值。

巢湖学院2016届本科毕业论文（设计）32.22.2电电表的工作原理表的工作原理2.2.12.2.1机机械式电能表的工作原理械式电能表的工作原理机械式电能表中有电压线圈和电流线圈，当电表接入电路，这个两个线圈产生的磁通都穿过一个铝盘，由于电压线圈和电流线圈产生的磁通在时间空间上是不同相的，就会在铝盘上出现涡流感应，进而涡流与磁通的相互作用就会在铝盘上产生转动力矩，驱动铝盘匀速转动。

又因为磁通与电流和电压是一个正比例的关系，使的铝盘与电流的大小成正比例，圆盘与计度器之间有一个蜗杆，这样铝盘的转动就可以传到计度器，于是计度器就可以显示电能信息了。

2.2.22.2.2数数字电能表的工作原理字电能表的工作原理数字电能表测量电能主要是利用测量芯片，而电能参数的获取只需要测量电流和电压即可，电流的测量可以使用电流互感器或者是分流器，电压的测量可以使用电压互感器或者是分压器，之后再经模数转换器转换成计算芯片能识别的数字信号，然后就可以利用测量芯片对处理好的电流、电压信号进行数字乘法，得到的功率对时间的积分，即为一段时间内的电能信息，最后把这些信息送达CPU处理之后就可以在显示器上显示。

33数字电能表的电路设计数字电能表的电路设计3.13.1数字电能表电路设计方案数字电能表电路设计方案第一种方案：

（1）单片机：

MSP430

（2）电能计量芯片：

SM9903（3）显示器：

LED第二种方案：

（1）单片机：

AT89C51

（2）电压电流测量芯片：

AD芯片基于单片机的数字电能表的设计4（3）显示器：

LCD第一种方案采用已有的数字电能表专用的集成电路SM9903模拟乘法器，低通道滤波器，性能较好，但是由于我对SM9903的集成功能和单