本設(shè)計(jì)要求利用51系列單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對電量的交流采樣和處理，能實(shí)時(shí)采樣，快速提供電壓、電流、有功功率、無功功率、頻率等電能質(zhì)量的參數(shù)，并向上位機(jī)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)接受上位機(jī)的監(jiān)控，為全面地測量和分析電力系統(tǒng)提供了有效的工具。

摘   要............................................................................................................................. I

1.引言............................................................................................................................. 1

1.1課題研究背景和意義........................................................................................ 1

1.2電量測量發(fā)展歷程及趨勢................................................................................. 1

1.3本文主要研究內(nèi)容............................................................................................ 2

2. 電量測量原理............................................................................................................. 2

2.1電能測量原理..................................................................................................... 2

2.1.1模擬輸入.................................................................................................. 3

2.1.2電源監(jiān)控電路.......................................................................................... 3

2.1.3數(shù)／頻轉(zhuǎn)換.............................................................................................. 3

2.1.4傳輸函數(shù).................................................................................................. 3

2.2ADE7753與微控制器的接口............................................................................. 4

3.系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)................................................................................................. 4

3.1單片機(jī)的選擇.................................................................................................... 4

3.2電能計(jì)量芯片ADE7753分析............................................................................. 7

3.2.1  ADE7753電能測量分析........................................................................ 7

3.2.2ADE7753輸出.......................................................................................... 7

3.2.3輸入變換電路.......................................................................................... 7

3.3時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)................................................................................................ 9

3.4  復(fù)位電路的設(shè)計(jì).............................................................................................. 9

3.5  聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì).................................................................................... 10

3.6  顯示模塊........................................................................................................ 10

3.7數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路................................................................................................... 11

3.8A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711接口電路........................................................................ 12

3.951單片機(jī)串口通訊......................................................................................... 12

3.9PC機(jī)串口通訊................................................................................................. 14

3.10工作原理......................................................................................................... 15

4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)........................................................................................................... 15

4.1單片機(jī)軟件流程圖敘述................................................................................... 15

4.2Proteus 仿真.................................................................................................. 16

4.3上位機(jī)軟件設(shè)計(jì).............................................................................................. 16

5.調(diào)試........................................................................................................................... 17

5.1硬件調(diào)試........................................................................................................... 17

5.2軟件調(diào)試.......................................................................................................... 17

5.3調(diào)試結(jié)果.......................................................................................................... 18

6.總結(jié)........................................................................................................................... 18

在我國，隨著改革的深入和電力市場供求狀況的變化，現(xiàn)行的電力體制已難以適應(yīng)社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)體制的要求。電力工業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，電力體制改革也逐步深入，電力工業(yè)以“公司制改組、商業(yè)化運(yùn)營、法制化管理”為改革目標(biāo)的基本取向。電力工業(yè)管理體制由計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變。政府宏觀調(diào)控、企業(yè)自主經(jīng)營、行業(yè)協(xié)會(huì)提供服務(wù)，適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)要求和電力生產(chǎn)特點(diǎn)的新型電力工業(yè)管理體制正在逐步建立。

電力市場的引入迫使各電力企業(yè)的經(jīng)營管理，相關(guān)的政策、法規(guī)以及技術(shù)支持必須進(jìn)行相關(guān)調(diào)整，以適應(yīng)我國電力市場的需要。

電子式產(chǎn)品的過渡自20世紀(jì)90年代即有所跡象，進(jìn)入21世紀(jì)之后則近乎勢不可擋。而電子表相較于機(jī)械表的突出優(yōu)點(diǎn)，更成為產(chǎn)品轉(zhuǎn)型的源動(dòng)力。電子表具有的實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)功能，多參數(shù)測量諧波電能計(jì)量，可以自動(dòng)進(jìn)行斷電檢測，可以自動(dòng)讀表、并通過GPRS系統(tǒng)、以太網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)將讀表結(jié)果發(fā)送到接收端，以及高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性等特點(diǎn)，為其替代傳統(tǒng)的機(jī)械表打下了基礎(chǔ)。而且，對于大規(guī)模制造工廠等工業(yè)用戶而言，只有電子式電能表才能幫助他們進(jìn)一步降低成本、改進(jìn)電能監(jiān)控功能。不僅工業(yè)、商業(yè)用表以多功能等電子表為主，在國內(nèi)民用電能表的市場，電子表的市場占有率也已從5年前的10％上升到40％，從普通功能型向多費(fèi)率、多功能等科技型電能表方向過渡。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力需求的不斷增長和能源價(jià)格的不斷提升,用電緊張已經(jīng)成為突出的問題擺在我們面前。而電力又不是可以儲(chǔ)存的特殊商品，某些時(shí)段用電多，其他時(shí)段用電少。用電高峰時(shí)電力供不應(yīng)求，用電低谷時(shí)又電力過剩。為了應(yīng)對這樣的難題，可以采用分時(shí)電價(jià)來緩解供需矛盾，提高電力利用效率。

分時(shí)電價(jià)是指在不同時(shí)段采用不同電價(jià)，根據(jù)用電需求和電網(wǎng)負(fù)荷將每天的時(shí)間劃分為用電高峰時(shí)段（6：00～22：00）和用電低谷時(shí)間段（22：00～6：00），高峰時(shí)段執(zhí)行較高電價(jià)（0.8元/度），低谷時(shí)段執(zhí)行較低電價(jià)（0.6元/度）。供電部門通過對不同時(shí)段的用電實(shí)行不同電價(jià)，用經(jīng)濟(jì)手段鼓勵(lì)用戶主動(dòng)采取避峰填谷的措施，從而使電力負(fù)荷曲線變緩，以提高發(fā)電設(shè)備的利用率，同時(shí)減小由于負(fù)荷曲線變化太大而引起的不安全因素。20世紀(jì)30年代，國外就開展了電力負(fù)荷控制方面的研究，實(shí)行分時(shí)計(jì)費(fèi)是一種經(jīng)濟(jì)有效地調(diào)節(jié)負(fù)荷曲線的方法。

因此，開發(fā)一種簡單實(shí)用的分時(shí)計(jì)量電能表變得尤為重要，本課題通過對一般電能表進(jìn)行擴(kuò)展，從而實(shí)現(xiàn)分時(shí)計(jì)量功能。

電能表的發(fā)展歷經(jīng)了由感應(yīng)式電能表→機(jī)電式電能表→電子式電能表→智能電表的過程。