基于單片機的電量測量系統設計,含優秀論文一篇

本設計要求利用51系列單片機來實現對電量的交流采樣和處理，能實時采樣，快速提供電壓、電流、有功功率、無功功率、頻率等電能質量的參數，并向上位機進行相關數據傳輸，同時接受上位機的監控，為全面地測量和分析電力系統提供了有效的工具。

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

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

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

1.2電量測量發展歷程及趨勢................................................................................. 1

1.3本文主要研究內容............................................................................................ 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電源監控電路.......................................................................................... 3

2.1.3數／頻轉換.............................................................................................. 3

2.1.4傳輸函數.................................................................................................. 3

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

3.系統的硬件結構設計................................................................................................. 4

3.1單片機的選擇.................................................................................................... 4

3.2電能計量芯片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時鐘電路的設計................................................................................................ 9

3.4  復位電路的設計.............................................................................................. 9

3.5  聲音報警電路的設計.................................................................................... 10

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

3.7數據存儲電路................................................................................................... 11

3.8A/D轉換芯片HX711接口電路........................................................................ 12

3.951單片機串口通訊......................................................................................... 12

3.9PC機串口通訊................................................................................................. 14

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

4.系統軟件設計........................................................................................................... 15

4.1單片機軟件流程圖敘述................................................................................... 15

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

4.3上位機軟件設計.............................................................................................. 16

5.調試........................................................................................................................... 17

5.1硬件調試........................................................................................................... 17

5.2軟件調試.......................................................................................................... 17

5.3調試結果.......................................................................................................... 18

6.總結........................................................................................................................... 18

參考文獻:   18


1.引言
1.1 課題研究背景和意義

在我國，隨著改革的深入和電力市場供求狀況的變化，現行的電力體制已難以適應社會主義市場經濟體制的要求。電力工業快速發展的同時，電力體制改革也逐步深入，電力工業以“公司制改組、商業化運營、法制化管理”為改革目標的基本取向。電力工業管理體制由計劃經濟向市場經濟轉變。政府宏觀調控、企業自主經營、行業協會提供服務，適應市場經濟要求和電力生產特點的新型電力工業管理體制正在逐步建立。

電力市場的引入迫使各電力企業的經營管理，相關的政策、法規以及技術支持必須進行相關調整，以適應我國電力市場的需要。

電子式產品的過渡自20世紀90年代即有所跡象，進入21世紀之后則近乎勢不可擋。而電子表相較于機械表的突出優點，更成為產品轉型的源動力。電子表具有的實時計費功能，多參數測量諧波電能計量，可以自動進行斷電檢測，可以自動讀表、并通過GPRS系統、以太網等通信網絡將讀表結果發送到接收端，以及高精度、高穩定性、高可靠性等特點，為其替代傳統的機械表打下了基礎。而且，對于大規模制造工廠等工業用戶而言，只有電子式電能表才能幫助他們進一步降低成本、改進電能監控功能。不僅工業、商業用表以多功能等電子表為主，在國內民用電能表的市場，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率、多功能等科技型電能表方向過渡。近年來，隨著經濟的快速發展，電力需求的不斷增長和能源價格的不斷提升,用電緊張已經成為突出的問題擺在我們面前。而電力又不是可以儲存的特殊商品，某些時段用電多，其他時段用電少。用電高峰時電力供不應求，用電低谷時又電力過剩。為了應對這樣的難題，可以采用分時電價來緩解供需矛盾，提高電力利用效率。

分時電價是指在不同時段采用不同電價，根據用電需求和電網負荷將每天的時間劃分為用電高峰時段（6：00～22：00）和用電低谷時間段（22：00～6：00），高峰時段執行較高電價（0.8元/度），低谷時段執行較低電價（0.6元/度）。供電部門通過對不同時段的用電實行不同電價，用經濟手段鼓勵用戶主動采取避峰填谷的措施，從而使電力負荷曲線變緩，以提高發電設備的利用率，同時減小由于負荷曲線變化太大而引起的不安全因素。20世紀30年代，國外就開展了電力負荷控制方面的研究，實行分時計費是一種經濟有效地調節負荷曲線的方法。

因此，開發一種簡單實用的分時計量電能表變得尤為重要，本課題通過對一般電能表進行擴展，從而實現分時計量功能。

1.2電量測量發展歷程及趨勢

電能表的發展歷經了由感應式電能表→機電式電能表→電子式電能表→智能電表的過程。

早期的感應式電能表和機電式電能表大多結構簡單、操作安全、維修方便、造價低廉等，但是準確度低、適用頻率窄、功能單一、功能擴展困難、且對非線性負荷、沖擊負荷的計量誤差較大。而電子式電能表則功能強大，準確度高，誤差曲線平直且穩定，啟動電流小、頻率響應范圍寬、功耗小、便于安裝使用、過載能力強、防竊電能力強，隨著科學技術的發展，尤其是電子技術，計算機技術、網絡技術和通信技術的飛速發展及日臻完善，自動化技術的不斷進步，使得研制數字電能表成為可能，并且具有巨大的商業價值和發展優勢。自19世紀末第一只感應式電能表用于電量計量以來，隨著技術的進步尤其是上世紀70年代以來大規模集成電路的發展，電能表也由機械式向電子式發展，目前電子式電能表已基本取代了傳統的機械式電能表，并開始走向智能化。而智能化數字電表正向著多功能、數字化、網絡化、智能化、實時互動化的方向發展，就是以單片機為核心，配以相應的測試電路、通訊接口和相應的監控軟件，通過總線把多個智能化功能單元連成局域網，再由上位機測控軟件實現。隨著計算機、信息人工智能、自動控制、系統工程的發展，一個全新的智能化系統已經形成。集計算、信息、自動化、管理為一體的電能計量裝置是發展的方向之一。電力檢測儀實現智能化，能夠進一步適應我國電力系統的發展，滿足運營管理的需要，解決特殊負載用戶的計量問題。


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