电力用户电能计量装置设计

姓名：王明法

摘 要

此论文重点通过对芯片ADE7755进行研究，所设计出的结合芯片ADE7755的电能表是为一般家庭使用者研究的通过单片机而设计出来的电能表。本研究利用具有高精度的电气测量芯片ADE7755对电能消耗加以测量，同时利用51单片机来掌握所有电路。基于电流以及电压的信号记录，数模转换，功率测算，断电存储以及显示等硬件内容的研究，另外，将软件内容进行软件编写，完成对电表的普通功能的设计。本次研究通过单片机的电能表存在诸多优势，例如，性价比高，构造简单，性能稳定，测量准确等，存在相当的现实价值以及市场推广价值。

关键词：电力；电能；计量装置

一、引言

基于能够正确地预测电能的供需变化并以合乎常理的方式计算和收集使用者的电费，电力公司已对电能的测量进行运作评估与探索。作为测量运作的关键构成内容，电能测量是电力公司制造，经营和管理公司业务以及电网安全运行的关键部分。电力公司的技术能力以及管理能力一方面关系到电力行业的进步以及电力公司的外在形象，另一方面，与电力贸易的公平性、准确性、可行性等诸多方面产生联系。电力公司，电力客户以及各族人民的利益都会受到其的作用。因此，面向使用者的需求而设计的电能表的研究已经成为国内外各探索机构和公司的重点关注。

二、系统设计方案

（一）系统设计性能概述

该研究需要一个以芯片为中心芯片的微型计算机，并辅以相应的电路硬件来研究用来电力使用者的电能表。要求该单元能够测量和显示现阶段连接的三相四线电压和电流的有效值和瞬时值。同时，它还一定能够通过按钮进行切换，以检索在最近时间段内存储的测量值以及电压和电流的有效和瞬时值。

（二）系统方案概述

该设计项目旨在通过已学到的知识为电力使用者探索和研究测量设备。用来测量使用者的测量设备包括四个用来获取能量的信息的部分，一个带有芯片的主芯片部分，一个用来液晶的显示部分，电能数据存储以及按键设置部分。它由部分构成。当系统运行时，首次信息部分收集电源电压和电流信息，然后将其上载到单片机。当单片机接收到数据数据时，它将开始数据处理。从一些角度来说，它显示运作使用者利用的电压和电流。同时，现阶段电压和电流信息可以通过存储部分存储。在所有流程中，键设置部分可用来掌握现阶段月存在联系电能和瞬时电压值的信息以及其他电能信息的显示。

三、硬件设计

（一）电能采集单元

在电能获取单元中，中心内容利用CS5460A芯片。它是主要用来测量电压，电流，功率和能量的芯片。存在精度高，性能强，成本低的特点。CS5460集成运作两个模数转换器，一个高度集成的串行接口模数转换器和一个可以高速计算电能的计算器，从而可以准确地测量和计算有功电能。电压和电流以及电压，电流和电功率的瞬时值，因此一般用来开发三相四线和单线两相电表。

1、电压调理电路

在将要测量的电压连接到CS5460之前，研究者们一定对其进行降压处理。在此研究中，研究者们利用2MA/2MA变压器进行降压加工。但是，这种类型的电压互感器在连接到电源线之前一定先连接到110K欧姆的电阻，才能将电源线中的电压转换为低于2MA的电流以保护电压互感器。一旦电路通过运作电压互感器，就将一个电阻连接到电压互感器的输出，该电阻应小于62.5欧姆，因为CS5460测得的电压输入最大值为125MV。该电阻的功能是将电流转换为电压。然后将相当数量的电阻器和电容连接到变压器的次级侧，以形成RC滤波电路，以对输入电压进行滤波操作。：

2、电流调理电路

在电流调节内容，CS5460无法直接连接到电源线以测量电流。这次可以利用1000/1电流互感器。这次利用的电流互感器有两个引脚。研究者们将电源线穿过中间的变压器。它用作初级侧，其两个引脚用作次级侧的输出端子。但是，研究者们一定记住在次级侧连接负载以保护变压器。

3、CS5460A的外部电路

CS5460A上的外部电路执行的功能是确保芯片普通运行并与单片机通信。它的1和24引脚连接到晶体振荡器。除电压和电流输入信号P1.1，P1.2，P2.2和P2.3引脚与SDI，RST，SCLK，SDO和CS引脚交换数据外，图中的引脚还参考P1.0，STC89C51。在CS546OA上。

（二）单片机主控单元

AT89C51的处理流程为CMOS，由CPU，数据存储器，定时器，接口，中断源等部分共同构成。其CPU为8位，定时器为2个，每个为16位，存储容量为512B，中断数信号源最多5个，其中两个中断优先，运作范围为0Hz至24MHz。

1、晶振电路

微处理器的内部电路中一般有一个系统时钟。该表是其普通运行的基础。本研究利用内部连接方法，该方法完成为自振荡外部振荡器电路。该电路由两内容构成，即交叉连接的时间元件和电容器。电容器的数量为两个，如下所述图3.8所示。在图中，是C1和C2对信号进行微调和稳定，即5-30PF。该电路的晶体振荡器的频率范围是120,000Hz至12,000,000Hz。

四、软件设计

该设计项目的软件在单片机C51语言中编程。与C语言不同，C51语言在单片机平台上运行，而C语言在标准桌面平台上运行。C51语言存在C语言构造清晰，易于学习且同时存在C语言硬件功能的优势。特别是，它可以支持各种微处理器和良好的可移植性。对于存在51系列Enchip的兼容微型计算机，只要对硬件模型下的程序进行运作稍微修改甚至没有更改，就可以将其移植到Enchip微型计算机的另一种模型中运行。

设计研究软件的重点流程如下所述：首先，初始化系统，包括各种寄存器，并清除内存以存储新数据。此后，功率吸收单元开始运作，电流和电压由变压器吸收。数据隔离后，将其转换为芯片计算机可以通过调节电路接收的数据格式。芯片计算机立即通过存储设备存储电流数据，同时确定是否在S2或S3中按下运作现阶段数据，然后按下S2来切换以显示现阶段有功电能，电压和电流的有效值以及电压，电流和电流的瞬时值。功率，按S3显示前三个月的有功电能，电压和电流的有效值以及电压，电流和电功率的瞬时值，然后按第二秒显示现阶段第二个月的前一个值信息，按第一个按钮查看上一个月的信息，按第四个按钮查看第三个月的信息，依此类推。

五、总结

该设计研究已通过，并且可以基本完成预定的研究目标。此研究需要以单片机为中心芯片，并辅以相应的电路硬件来研究电表的使用者。要求该单元能够测量和显示现阶段连接的三相四线电压和电流的有效值和瞬时值。同时，它还一定能够通过按钮进行切换以检索最近时间段内存储的测量值。电压和电流的有效和瞬时值。

参考文献

[1]电压比值差相位差对电能计量装置误差的影响[J]. 刘志强,倪大志,罗雪芳.  计量与测试技术. 2021(02)

[2]电能计量装置故障分析及维修技术[J]. 王小红.  电子世界. 2021(10)

[3]如何验收智能变电站电能计量装置[J]. 付向勋,徐菁,马明军.  农村电工. 2021(06)

[4]电能计量装置现场管理的探讨[J]. 孙翌超.  大众用电. 2021(05)

[5]基于物联网的智能电能计量装置设计[J]. 郭志成,李晓青,周德东.  电子制作. 2021(15)