1、本科毕业论文（20 届）分体式单相电能表设计所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘 要I摘 要本课题基于各居民楼以及宿舍公寓的电能计量和数据远传中存在的问题，设计了一种分体式单相电能表。分体式单相电能表主要户外表（计量控制部分MCU）和户内表（插卡输电显示部分UIU）两部分组成，外表安装在室外，内表安装在室内，两表使用4芯通讯线连接。系统主要构成：（1）电能计量单元：由 ADE7755 构成，它的主要作用是通过对电压、电流的采样，实现对各个用户所用电量累积和存储，并把电量转换成相应的脉冲信号，送进单片机进行处理。（2）单片机系统：本次主要采用 PIC
2、单片机，它具有性能高、速度快、体积小、价格低和通用性强等特点。它的主要作用是接收 ADE7755 送来的脉冲信号，转化并存储各用户的用电量，经过相应的处理后，控制显示单元定时和轮流显示各用户的用电量，同时控制对外通信，完成远程控制等工作。（3）采用 RS485 通信。（4）显示单元：采用 LCD 显示，显示用户的剩余电量和用电总和。（5）接触式 IC 卡单元：实现预付费功能。采用射频卡。实现先买电，后用电，当电量不足时断电报警，通知用户买电。电量用尽时，自动实现断电功能。随着我国电力行业的发展，电表也日益智能化。分体式单相电能表的电能计量、数据处理运算、IC 卡读入、用电量显示等装置分装成户内
3、户外两部分，两个表内各设一套通信装置，相互间利用 RS485 进行通信。主表可按原电能表的进出接线接入电网，另一个表放在家庭公寓内。目前，市场上的电能表有很多问题，如计量电能存在误差，户数越多，误差越大，并且电表箱损坏严重。分体式电能表能准确实现电能计量，实现预付费功能，并且能有效的制止窃电现象的发生。综合上述，分体式单相电能表，功能全、体积小、性能价格比高，符合我国农村和城市的现实状况，具有非常大的市场潜力。关键词:分体式电能表、多用户、ADE7755ABSTRACTIIABSTRACTThis topic is based on energy metering for residentia
4、l buildings, as well as dormitory apartment and remote data transmission problems, the design of a split single phase energy meter.Split single-phase energy meter outdoor table (measurement control part of the MCU) and the indoor tables (card transmission part of UIU) composed of two parts, the appe
5、arance is installed outdoors, the inner table installed in the interior, and two tables using the four core communication cable.The system main components：(1) energy metering unit: ADE7755 constitute its main role is the sampling of the voltage, current, power accumulated and stored on individual us
6、ers, and power conversion into the corresponding pulse signal sent to the microcontroller for processing.(2) single-chip system: The main use of the PIC microcontroller, which has high performance, high speed, small size, low price and versatility. Its main role is to receive the ADE7755 sent the pu
7、lse signal, conversion and storage of all users of electricity consumption, after appropriate treatment, the control unit timing and cycle the power consumption of each user, while controlling external communications, and complete remote control job.(3) by RS485. (4) Display unit: LED display to sho
8、w the user the remaining sum of electricity consumption and electricity.(5) contact IC card unit: pre-paid functionality. Using radio frequency card. The realization of the first to buy electricity, electricity, when the low battery power alarm to notify the user to purchase electricity. Power is ex
9、hausted, the automatic power-off function.With the development of Chinas power industry, electricity meters are becoming more intelligent. Split single-phase energy meter, energy metering, data processing operations, the IC card read into the power display devices such as packing into indoor and out
10、door two parts, two tables, each with a set of communication devices, among use RS485 to communicate . The main table and out of the original energy meter wiring connected to the grid to another table in the family apartment. At present, the power meter on the market there are many problems, ABSTRAC
11、TIIIerrors such as measurement of electrical energy, the more the number of households, the greater the error, and serious damage to the meter box. The split-type power meter accurate energy metering to achieve pre-paid function, and can effectively stop stealing phenomenon occurred. In summary, the
12、 split single-phase watt-hour meter, full-featured, small size, high cost performance, in line with the reality of Chinas rural and urban, with a very large market potential.Keywords: split meter multi-user ADE7755目 录IV目 录摘 要 . ABSTRACT. 目 录 . 第一章 绪 论 . 11.1 电能表的发展历史 . 11.2 分体式电能表国内外现状 . 11.3 本文的主要研
13、究内容 . 21.4 本课题的主要研究意义 . 2第二章 电能表总体电路设计及功能 . 42.1 电能表总体设计 . 42.2 电能表功能 . 4第三章 电能表各部分硬件设计 . 63.1 计量端部分硬件设计 . 63.1.1 电 源 电 路 硬 件 设 计 . 63.1.2 计 量 部 分 硬 件 设 计 . 83.1.3 单 片 机 单 元 设 计 . 133.1.4 显 示 电 路 设 计 . 153.1.5 继 电 器 电 路 设 计 . 153.2 刷卡端电路设计 . 163.2.1 MF RC500 芯 片 概 述 . 163.2.2 Mifarel 射 频 卡 的 结 构 和 工
14、 作 原 理 . 193.2.3 单 片 机 电 路 和 显 示 单 元 . 203.2.4 IC 卡 座 电 路 . 213.3 远 程 通 讯 模 块 . 22第四章 分体式单相电能表软件设计 . 24目 录V4.1 分体式单相电能表总流程图 . 244.2 计量端程序设计 . 254.2.1 脉 冲 采 集 程 序 流 程 图 . 254.2.2 显 示 部 分 流 程 图 . 264.2.3 中 断 程 序 流 程 图 . 264.3 刷卡端程序设计 . 274.3.1 IC 卡 检 测 电 路 . 274.3.2 射 频 卡 读 写 程 序 . 28第五章 形成干扰的原因和防范措施
15、. 305.1 干扰形成的原因及影响 . 30 5.1.1 形成干扰的主要原因 . 305.1.2 对电能表的影响 . 305.2 电能表抗干扰技术 . 31 结 论 . 33参考文献 . 34致 谢 . 35附 录 . 36第一章 绪论- 1 -第一章 绪论1.1 电能表的发展历史电能表是用来测量电能的仪表，俗称电度表、火表。最初的电能表是由美国人爱迪生利用电解原理发明的，他发明的是直流电能表。随着交流电的发现和应用，人们又发明了交流电能表。电能表按原理划分，电能表分为感应式和电子式两大类。意大利人弗拉里斯提出用旋转磁场的方法来测量电量，将两个同频率但空间和相位不同的交变磁场作用于一个可转动
16、的导体上，导体就能旋转。这种原理的电能表叫做感应式电能表。此后，德国人布勒泰制作成功了第一块感应式电能表。从此，感应式电能表得到了迅猛的发展，人们在缩小感应式电能表的体积和改善性能方面取得了长足的进步。感应式电能表的在具有成本低、操作简单等优点的同时，也存在许多缺点，比如在准确度方面比较低、功能比较单一等。随着技术的不断发展，对电能表提出了新的要求，分体式电能表应运而生。由于机械感应式电能表对非线性负荷时误差较大，精度低、功能单一等缺点，它的发展受到了很大的限制。而分体式电能表功能齐全、精度高和通信功能，分体式电能表得到了长足的发展。分体式电能表集中了它们的优点，得到了长足的发展和广泛地应用。
17、1.2 分体式电能表国内外现状分体式电能表和机械式电能表相比有极大的优越性，它具有强大的通讯功能，可以应用于远程抄表，电能自动采集和计费等方面，因此分体式电能表得到了广泛的应用。而在初期，分体式式电能表推广受到了人们的质疑，主要原因是其使用寿命和可靠性指标方面存在较大的缺陷。初期的分体式电能表很容易失效，机械式电能表属于机械磨损型失效，随着使用时间的加长，精度逐渐降低，计量度数还在，其影响相对电子式电能表较小。而分体式电能表是偶发性失效，出现故障就可能导致计量数据丢失。此外，分体式电能表还有抗干扰第一章 绪论- 2 -能力差的弱点。随着电子技术的进一步发展，分体式电能表的各项性能逐步完善。分体
18、式电能表已经逐步广泛应用。在国外，分体式电能表的发展非常快，欧洲许多国家已经停止感应式电能表的使用，更多使用分体式电能表。在我国，随着电力生产对电能表的要求愈来愈高，分体式电能表渐渐地得到广泛的应用。分体式单相电能表的主要技术指标和单块电子式电能表相当，而功能比单表强，性能价格比高于单表。功能全、性能价格比高的特点，使分体式电能表具有很大的市场潜力。1.3 本文的主要研究内容本文主要介绍了电能表技术发展和应用的现状，结合我国的国情研究设计了一种分体式单相电能表。它以微处理器为核心，通过adc7755，实现对电能的测量以及显示，采用PIC系列单片机设计了分体式单相电能表的数据处理系统，并通过RS
19、485总线实现与外界的通信及信息传输。系统分为刷卡端和计量端，负责识别卡类型、显示是刷卡端，通过rs485连接多个计量端。负责对电能的计量的是计量端。1.4 本课题的主要研究意义在我国目前使用的电能表中，机械式电能表功耗较多、体积较大、功能单一，人工抄表需要大量的人力物力。分体式电能表在预付费电能表中的应用，大大增强了预付费电能表的抗攻击性能。采用分体式预付费电能表，主表可以安装在电线杆或者计量箱等用户较难接触到的位置，增加用户对电能表本体进行攻击的难度，从而降低用户对电能表的接线进行篡改或者对电能表薄弱部分进行攻击的可能性，增强主表的安全性。在窃电情况日益严重的今天，分体式电能表是一种简单有
20、效的防窃电手段，开发和应用集多表位于一体的、多用户多功能组合式新型电能表具有重要意义。分体式单相电表具有以下特点：第一章 绪论- 3 -1. 数字显示：LCD 轮询显示剩余电量和累计用电量，清晰直观，操作户内表的按钮可以显示所有主表信息。2. 防窃电：计量部分安装在户外用户不能直接接触到的地方，防窃电效果好。3. 过电流保护：负载电流超过电表所允许的最大电流时，电表自动断电保护。4. 显示单元可作为独立的功能模块，当本体失效时不会影响主表的功能；5. 具有独立的IC卡口，实现了预付费功能，装电和抄表更加方便，而且可以鉴别卡的类型和用户；6. 具有远程通讯接口，采用RS485进行通信，户外表安装
21、在高处，而户内表安放于人们方便的地方，用户可以很方便的查看自己的用电信息，当出现故障时，可以及时的修理检测；针对这些明显的特点，把目前分散计量的电能表数据通过单片机进行集中采集处理，研究设计了一种适合我国城镇居民用电计量的分体式单相电能表，它由ADE7755 来测量各用户的用电量，采用PIC单片机处理数据。同时实现对对24户用电量同时计量并显示。另外使用 RS485通信将电参数远传，并且采用IC卡，实现了预付费功能，方便了人们的生活。在电子式电能表日益成为市场主流的今天，它将有很好的推广应用前景。第二章 电能表总体电路设计及功能- 4 -第二章 电能表总体电路设计及功能2.1 电能表总体设计分体式单相电能表主要由两部分组成，刷卡端和计量端。计量端以微处理器为核心，通过集成电路ade7755，实现对电能的测量以及显示，刷卡端主要由IC卡电路和显示单元组成，识别卡的类型并显示。在刷卡端和计量端之间，通过RS485总线实现与的通信及信息传输。图2-1 分体式单相电能表总体结构图2.2 电能表功能在上述电路图中，实现的主要功能有：1. 电能计量功能:电能计量功能对24户用电量同时计量，其中包括累计计量和实时计量。累计计量可实现对24个用户电能的消耗量进行累计计量，而实时计量则随时记录每个用户的用电量。单片机计量单元显示单元 显示单元单片机IC 卡座电路485 通信
