单相智能复费率电能表的设计与开发

摘要

随着经济的迅速发展，用电量日益增加，为电网的稳定运行带来了诸多不良因素。国家采取多费率用电政策，以消峰填谷，平衡用电。复费率电能表已经大规模取代了单一费率电能表。随着单片机技术的日益发展，以单片机为主控芯片的电子式电能表的生产已成规模。但是价格低廉、运行稳定、可靠性高、抗干扰能力强的电子式电能表还有待开发。 论文在对电能计量和数字信号处理理论研究的基础上，以美国ADI公司生产的ADE7755为电能计量芯片，以PIC16F877为主要控制芯片，利用单片机技术，设计开发了一款单相复费率智能电子式电能表。硬件外围电路采用模块化设计。其中电压电流采样模块实现了将电网中的不可直接测量的大电压大电流转变成为可以用来处理测量的小电压小电流。电源模块为整个智能电表提供了稳定的电源。数据存储模块，红外通信模块和RS485通信模块的设计完成了电能信息的及时存储和交换。LCD模块为用户提供了清晰，实时的电量信息。软件分为启动前的动态自检程序，计量电量的电能脉冲采集程序，数据信息处理和交换的数据存储程序，通讯中断子程序。在单片机的核心控制下，实现了电子式电能表电能分时段计量、数据通信等功能。

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第1章绪论

1.1电能表行业发展现状及前景分析

1.2电能表行业发展状况及特征

1.2.1行业发展状况

1.2.2电能表行业的特征

1.3电能表的发展趋势及现状

1.4电能表的分类

1.5课题的理论意义和实际应用价值

1.6课题研究的主要内容

第2章电能计量和信号处理理论

2.1电能计量分析

2.1.1电能计量的基本原理

2.1.2正弦波形下的电压电流不同功率因数下的功率的测量

2.1.3非正弦波形的电压电流不同功率因数下的功率的测量

2.2模数转换

2.2.1过采样

2.2.2过采样的频域分析

2.2.3∑-△A/D转换器的量化

2.2.4∑-△A/D转换器的量化误差分析

2.2.5∑-△ADC的调制器和量化噪声整形

2.3数字滤波

第3章电子式电能表的硬件设计

3.1电能表总体设计方案框图

3.2控制芯片PIC16F877

3.3电能计量模块

3.3.1基本原理

3.3.2芯片功能引脚

3.4电源模块

3.4.1电源端的干扰防护

3.4.2+5V直流电源的实现

3.5电压电流采样模块

3.6时钟模块

3.7数据存储模块

3.8 RS485通信模块

3.9红外通信模块

3.10看门狗电路

3.11 LCD显示电路

第4章电子式智能电能表的软件设计

4.1主程序

4.2动态自检程序

4.3电能脉冲采集程序

4.4数据存储程序

4.5通讯中断子程序

第5章结论与展望

5.1工作总结

5.2进一步的工作方向

致谢

参考文献

附录 硬件模块电路原理图

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果