基于單片機的數(shù)字電能表設計-開題報告(寶2010010633)

1、X X X X 畢業(yè)論文開題報告 學 院： XXXX 專 業(yè)：XXXXXXX 年級(班）： XXXX 學號： XXXXX 姓 名： XXX 指導教師： XXX老師 XXXX年 XX月XX 日XXX本科畢業(yè)論文開題報告1.課題的研究目的和與意義：隨著我國科技的進步與經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們生活水平不斷地提高，電能與人們的日常生活的關系日益密切。加之智能電網(wǎng)技術蓬勃發(fā)展，作為智能電網(wǎng)的一個重要組成部分，智能電表也得到很大發(fā)展。傳統(tǒng)電表無法有效解決的電能計量、電能計費糾紛這一問題，智能數(shù)字電表勢必會給我們帶來新的驚喜。所以智能數(shù)字電表技術的研究具有重大的現(xiàn)實意義。本課題的研究目的正是利用應用領域非常廣泛

2、和技術成熟的單片機作為核心設計出新型的數(shù)字式電能表。2.課題研究的現(xiàn)狀 電能表及數(shù)字電能表現(xiàn)狀（文獻綜述）： 電能表，顧名思義，作為電能的計量工具在國民經(jīng)濟的各部門得到廣泛應用，存在我們身邊的各個角落。傳統(tǒng) HYPERLINK /search?word=%E7%94%B5%E8%A1%A8&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 電表是使火線繞若干圈，與火-零線圈組成一種特殊的電動結(jié)構(gòu)，類似一臺可控轉(zhuǎn)速的電機。以單相電能表DD862-4 15(60)為例。“15”稱為“標定電流”，“60”稱為“額定最大電流”，即該單相電能表的標定電流是15A，額定最大電流是60A；

3、則該電能表能用于正常運行負荷電流為：15A/30%=50A，折算成容量為：P=50A*220V=11000W=11KW，即可以帶11千瓦的功率。但是，其存在的問題也較為突出，傳統(tǒng)電表只能顯示總體用電量，而且需要人工抄表，浪費了大量的人力物力。傳統(tǒng) HYPERLINK /search?word=%E7%94%B5%E8%A1%A8&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 電表的火-零線圈是一個長期通電的線圈，雖然電耗很少，但每月大約有一度電的空耗。根據(jù)我國目前的發(fā)展狀況和廣大用電單位及個人的用電狀況,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在所使用的電能計量器具比較落后,精確度不高,并且功能較少,這樣

4、既浪費資源又不能滿足人們目前的要求,影響社會的發(fā)展。因此,有必要對老式的電能表進行改進和創(chuàng)新以滿足人們不斷增長的需求。小結(jié)傳統(tǒng)電表的缺點：電表耗電量大、體積笨重、防竊電能力差、精度不高且抄表麻煩，無法做到信息的交換。隨著微電子技術的迅猛發(fā)展,微控器(單片機)和大規(guī)模集成電路在電能計量領域的廣泛應用,使電度表的技術水平和性能得到了長足發(fā)展，數(shù)字電表得以產(chǎn)生，在實際應用中的優(yōu)勢非常明顯。數(shù)字 HYPERLINK /search?word=%E7%94%B5%E8%A1%A8&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 電表：以微處理器和微控制芯片（如單片機）為核心的可以存儲

5、大量的測量信息并且具有對測量結(jié)果進行實時分析、綜合和做出各種判斷能力的儀器。一般具有自動測量功能、強大的數(shù)據(jù)處理能力，進行自動調(diào)零和單位換算功能，能進行簡單的故障提示，具有操作面板和顯示器和報警功能。數(shù)字電表是取火線的電流信號，通過數(shù)字電路轉(zhuǎn)換成可計量數(shù)據(jù)。其中沒有可運動的組件。智能數(shù)字電表的研究主要為了實現(xiàn)供需雙方的實時通信，供方可以根據(jù)需求負荷調(diào)節(jié)電價，需方可以根據(jù)電價調(diào)節(jié)用電量。最終達到削峰填谷，節(jié)約用電的效果。數(shù)字表使用數(shù)字電路，電耗極少。小結(jié)數(shù)字電能表的優(yōu)點：裝置簡單方便、功耗小精度高、數(shù)字顯示直觀明了且可以做到信息的交換、數(shù)據(jù)處理能力強大、順應了智能電網(wǎng)建設的要求。3.本課題國內(nèi)外

6、研究的歷史和現(xiàn)狀數(shù)字電表的產(chǎn)生對于現(xiàn)代高速發(fā)展的科技時代具有重要的貢獻。目前國內(nèi)已經(jīng)有很多類型的數(shù)字電表在實際生活中得以應用。其中基于單片機的數(shù)字電表應用很明顯。例如： 以ST89C52單片機和電能計量芯片CS5469為核心, 配合電壓、電流互感電路，存儲電路等實現(xiàn)對電參量進行高精度計量，不僅可以實現(xiàn)電能的測量，還可以對電壓、電流有效值、功率等電參量實時測量。實驗結(jié)果表明：該設計精度可達1，而且電路結(jié)構(gòu)簡潔，具有一定的實用價值。CS5460是當下主流的電能計量芯片CRYSTAL公司最新出的帶有串行接El的單相雙向功率 電能計量集成電路芯片。該芯片是目前比較流行的電子電度表芯片如AD7750/A

7、D7755更容易 實現(xiàn)與微處理器的連接。用CS5460可 以方便的組成多功能電子式電度表和分布電度表和分布式電能計量管理系統(tǒng)。CS5460是帶能量計算引擎的CMOS單芯片功率測量芯片CS5460包 括 一個可編程的增益放大器兩個一 調(diào)制器，兩個高速濾波器，具有系統(tǒng)校正標準和計算功能，IRMS,VRMS和瞬時功率的計算功能。CS5460可以用于功表，可用于分流器和電流邊緣器相連來測量電流。為了適應由不同的分流器取得的不同電壓等級的不同，電流提到包括一個可編程的增益放 器 (PGA)， 它可以使用戶測量150mVRMS 或 30 mVRMS 信號。CS5460包括兩個高速數(shù)字濾波器 ，它以( Mc

8、LK)/ 1024的字速 率( 0 wR )輸出數(shù)據(jù)。每個通道都有一個高通濾波器，它可以將直流分量過濾掉。為方便CS5460和微處理器之間的通信，CS5460提供SPI串口。串行時鐘允許一個施密 特觸發(fā)器輸入到串上的( CLK) 串行時鐘，也允許低上升沿的信號。數(shù)字電能表的結(jié)構(gòu)組成：系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理電能表主要由測量單元、時鐘、單片機、顯示器/計數(shù)器、存儲器、電源、通信接口和報警電路鍵等幾部分組成。工作原理:通過檢測模塊來檢測電量,將測到的數(shù)據(jù)送給單片機,單片機再將數(shù)據(jù)進行一定的處理,轉(zhuǎn)化為數(shù)碼管可以顯示的內(nèi)容,當然這會在編程中有很明顯的體現(xiàn),數(shù)碼管顯示也有其一定的規(guī)則特別是數(shù)碼管的動態(tài)

9、顯示,并不是傳統(tǒng)意義上的每段數(shù)碼管同時顯示,而是一種輪流顯示,只是間隔的時間相當短,而人眼對于周圍的事物又有時間停留,所以我們以為數(shù)碼管顯示數(shù)字是同時顯示,那么這就達到我們所想要的效果。4.交流電能參數(shù)算法原理(1)電壓電流的計算對周期為T的工頻信號，通過對電壓、電流在一周期內(nèi)均勻采樣N點，得到離散采樣序列I( n ) U( n )當滿足采樣定理時離散采樣序列中將包含工頻交流信號中有關電參量的信息，由數(shù)值積分理論可計算出工頻交流電信號的電參量。如果對交流電壓信號在一周期內(nèi)均勻采樣N點，只要N足夠大，則可將交流電壓有效值公式。（1）將其離散化，以一周期內(nèi)的采樣序列來代替連續(xù)變化的電壓值。根據(jù)數(shù)值

10、積分中的矩形算法，有 ：（2）式 中 T 一 交流采樣間隔 (采樣周期 ) ；Um電壓采樣樣本值；N 一 一個周期內(nèi)采樣點數(shù)。如果相鄰兩次采樣的時間間隔都相等，則T為一常數(shù)，有 ：N = T T （3）將上式(式3)代入式(式2 )則得到交流采樣電壓有效值的計算公式 ：同理可以得到交流采樣電流有效值計算公式（2）有功功率計算如果對交流 電流信號在一周期 內(nèi)均勻采樣 N點，只要N足夠大，且N取適當，則可將有功功率的公式將其離散化，以一周期內(nèi)的采樣序列來代替連續(xù)變化的電壓、電流值，經(jīng)過推導，就可得到交流采樣有功功率的計算公式：（3）電能計算電量的計算是電能利用程度和用電管理水平的一項重要指標。根據(jù)

11、前面計算得到的有功功率和電壓，電流有效值，在一定的時間內(nèi)就可求出電能了。電能的計算公式為：W = P T = UI T （8）5.課題研究設計的指導思想本課題的研究應該在滿足要求的前提下，去探索數(shù)字電表的設計。力爭設計的電能表能滿足最基本的電能計量、計費、顯示功能。原理力求清晰明了，功能力求達到使用要求，裝置力求簡單、操作方便，并在此基礎上加以創(chuàng)新。遵循導師的指導不斷改正，做到優(yōu)秀。6.選題研究的內(nèi)容： 該論題研究的內(nèi)容主要是以下幾個方面：1電能表及數(shù)字電能表現(xiàn)狀；2計量電能的途徑和技術現(xiàn)狀；3基于單片機的數(shù)字電能表設計與實現(xiàn)。7.研究與設計計劃（1）.課題調(diào)研2013.12.22013.12

12、.15（2）.電能表及數(shù)字電能表現(xiàn)狀調(diào)研2013.12.162014.1.12（3）.電能計量技術調(diào)研2014.1.132013.1.26（4）.基于單片機的數(shù)字電能表設計2014.1.272014.2.23（5）.基于單片機的數(shù)字電能表的實現(xiàn)2014.2.242014.4.20（6）.撰寫調(diào)研與研究報告2014.4.212014.5.4（7）.調(diào)研與研究報告的修改完善2014.5.52014.5.18（8）.評閱與答辯2014.5.192014.5.318參考文獻：1趙偉.電能表技術的發(fā)展歷程.電測與儀表.1999年06期2賀靜丹.單相多功能電能表設計.電子測量與儀器學報.2008年1月3胡淑坤.基于單片機的智能電能表系統(tǒng)設計與實踐.現(xiàn)代企業(yè)教育，2012年4月4郭慧芳.數(shù)字電度表的設計與制作.大眾科技.2011年10月5龐桂云.智能IC卡電能表設計.電測與儀表.2007年9月6公茂法.基于CS5460A的多用戶多功能預付費電能表.電力自動化設備，2011年9月7曾乃鴻.電子式電度表應用現(xiàn)狀和展望電測與儀表.2001(8)：5 - 6 8張迎新