1、i本科毕业论文（20 届）基于 ADE7755 多时段数字电能表的设计所在学院专业班级 电气工程及其自动化学生姓名指导教师ii完成日期iii目 录摘要 .IAbstract.II引言 .11. 设计简介 .12. 设计方案的论证 .12.1 数字电表和机械电表对比的优缺点 .12.2 几种设计方案的比较和选择 .33. 硬件设计 .331 硬件电路框图 .33.2 主要器件及电路介绍 .43.2.1 STC89C52 单片机 .43.2.3 LCD1602 液晶显示 .83.2.4 DS1302 时钟芯片 .113.2.5 无线蓝牙通信模块 .144.电路原理图 .154.1 单片机最小系统电
2、路 .154.2 ADE7755 电能计量电路 .154.3 LCD1602 液晶显示电路 .164.4 DS1302 时钟电路 .165. 电能计量原理 .165.1 数字电能表的计量原理和方法 .165.2 ADE7755 工作原理 .17iv6. 程序设计 .186.1 程序设计框图 .186.2 电能计量中的计算 .186.3 上位机部分 .187.分析总结 .19参考文献 .20致 谢 .21附：部分代码 .22ContentsThe inrodution.11. The brief of design .12. The discussion of design scheme .12
3、.1 The advantages and disadvantages of digital meters and mechanical meters.12.2The comparison of several design schemes .33. Hardware design.33.1 Hardware circuit diagram.43.2 The introduction of main devices and circuits .43.2.1 STC89C52 single-chip microcomputer.83.2.3 LCD1602.11v3.2.4 DS1302 clo
4、ck chip .143.2.5 Bluetooth module .154.The circuit diagram .154.1 Single chip microcomputer minimum system circuit .154.1 ADE7755 circuit .164.3 LCD1602 display circuit .164.4 DS1302 clock circuit.165. The principle of power measurement.165.1The power measurement of digital meter.175.2 The principle
5、 of ADE7755.186. The design of programing .186.1 The diagram of programing design .186.2 The calculation of power measurement .186.3The PC sofeware.187.Analysis.19References .20Thanks .21The part of code.22I基于 ADE7755 的多时段数字电能表的设计摘要：基于 ADE7755 的多时段数字电能表以单片机 STC89C52 最为核心控制芯片，采用高精度电能计量芯片 ADE7755 采集电量
6、，实现电能计量、电价分时段计算、显示和蓝牙通信等功能。本文介绍了 ADE7755 电能测量芯片测量电能的原理，电能表的组成和功能模块的参数和作用，给出了 ADE7755 电能计量模块、LCD1602 液晶显示模块、DS1302 时钟芯片的电路原理图，给出了主程序的流程图。经实验测试，该电能表能够较准确地测量电能。关键词：数字电能表；STC89C52；ADE7755 ；DS1302；蓝牙通信IIMultiple times digital watt-hour meter based on ADE7755Abstract Multiple times digital watt-hour meter
7、 based on ADE7755 is seemed STC89C52 MCU as the core control chip, using high-precision energy metering chip ADE7755 acquisition power, realize the electric energy metering, electricity price calculation, according to different time periods, RS232 and bluetooth communication, etc. ADE7755 electric e
8、nergy measurement chip were introduced in this paper the principle of measuring electric energy, composition and function modules of parameters and functions of watt-hour meter, electric energy measurement module is given, LCD1602 LCD display module, DS1302 clock chip circuit schematic diagram, the
9、main program flow chart is given. Through experimental tests, the watt-hour meter can accurately measure the electricity. Keywords: digital watt-hour meter; STC89C52; ADE7755; DS1302. The bluetooth communication 1引言电能表，是用来测量电能的仪表，又称电度表，火表，千瓦小时表，指测量各种电学量的仪表。电能表的发展历经了由感应式电能表机电式电能表电子式电能表智能电表的过程。早期的感应式电
10、能表和机电式电能表大多结构简单、操作安全、维修方便、造价低廉等，但是准确度低、适用频率窄、功能单一、功能扩展困难、且对非线性负荷、冲击负荷的计量误差较大。而电子式电能表则功能强大，准确度高，误差曲线平直且稳定，启动电流小、频率响应范围宽、功耗小、便于安装使用、过载能力强、防窃电能力强，随着科学技术的发展，尤其是电子技术，计算机技术、网络技术和通信技术的飞速发展及日臻完善，自动化技术的不断进步，使得研制数字电能表成为可能，并且具有巨大的商业价值和发展优势。本案中的电能表，除计量有功（无功）外还具有分时计费、实时显示、远程传输等功能，电能表能够让居民可以方便的完成电量缴费，用户对用电量更加清晰明了
11、。1. 设计简介基于 ADE7755 的数字电表是一款用于测量家庭用电量的智能仪表，并具有实时显示用电量，分时段计费，通过蓝牙及时反馈信息的智能仪表。本论文设计的电表采用 STC89C52 为主控芯片，使用深圳天玖隆科技有限公司的ADE7755 电能计量模块进行电能计量。MCU 将采集的脉冲信息转化为电能信息并送入显示模块和上位机进行显示。在电能计量的过程中，电能计量模块通过采集内部的电压和电流，并通过模块内部的数字电路进行运算，最终将电能信息转化为计量模块输出的数字脉冲信号，同时利用单片机的计数器对脉冲信号计数，再利用脉冲到电能转换公式将直观的脉冲信号在 MCU 内进行运算转换为电能信息；利
12、用 DS1302 时钟芯片确定时间，根据不同的时段采用不同的付费率，再由 MCU 根据不同时间的不同电价计算出总电价；由 MCU 将电能、费用、时间等信息送入 LCD1602 液晶显示器进行实时显示，本设计中选用了无线蓝牙模块，利用串口通信将这些信息送入 PC 端的上位机进行显示。本设计能够使用户直观、实时、准确地了解用电信息，分时段的计量模式也有利于用户合理的安排用电计划，也有利于电力系统的“削峰填谷”和电网稳定性的实现。22. 设计方案的论证2.1 数字电表和机械电表对比的优缺点（1） 、从外观上看：电子表比机械表体积小、重量轻；从运行时观察，在用户用电时，从电能表的正面观察，机械表的铝制
13、转盘应是不停的转动，比较直观；而电子表就要注意观察表内铭牌的指示灯是否一亮一灭闪烁，如果是轻载运行时就比较难观察指示灯是否闪烁了。当用户不用电时（不用电是指用户的所有电器已完全断开电源的情况下，而不是在待机状态下） ，机械表的转盘应停止转动，比较直观；而电子表就要注意观察铭牌的指示灯应是常亮或常灭，要观察较为仔细且观察的时间稍长一些才行。（2） 、从稳定性看：电子表因采用锰铜等高稳定性材料制作电流采样元件，高质量的电路作运算处理元件，因此总体的稳定性很好，用户在安装前可以实现免调，工作中的调校周期也可以大大延长，从而节省了人工。机械表因采用机械转动方式工作，摩擦力不稳定，因此稳定性与电子表相比
14、显得较差，经运输后准确度就可能超差，在安装之前必须重新调校。安装运行后的表由于上述原因，稳定性又会逐渐变差、计量数据减少。（3） 、从精确度看：电子表电路采用精度高的 A/D 变换器，因此分辩力和精度很高，可以设计0.5 级以上的高精度电能表。它精度长时间不变、无须轮较、无安装、运输影响等。因此，计量精度可大大提高，线损统计也可以更为准确。机械表由于采用磁路结构非线性失真大，一致性差，因此要采用各种补偿机构，采用补偿机构又降低了稳定性，也不利于生产使用中的调校，因此要生产精度高的机械电能表难度就很大。（4） 、从灵敏度看：电子表的电子线路本身灵敏度极高，可比机械表高一个数量级，而且可以长时间保
15、持这种高灵敏度。但是，电子表由于没有驱动力矩，往往会出现卡字现象，就是只发脉冲不计数。3机械表的机械摩擦阻力是原理性的问题目前无法克服，特别是在轻负荷、低转速时，机械摩擦力更明显，计量数值明显少计，因而计量漏洞将增大，长时间工作后尤为明显。但是感应式电能表由于驱动力矩大不容易出现完全停走现象。（5） 、从线性动态范围与计量准确度来看：由于电子表的采样元件、A/D 变换元件、放大电路 等的线性好，使得电子表的线性动态范围较大，适应性很强，特别适合于用电量变化大的地方，能保证大小电流时计量精度不变。机械表的线性动态范围小，原因是非线性因素太多，如小电流低转速时受制于摩擦力上升、磁阻上升等因素，大电
16、流时磁路容易产生磁路饱和，因此当用电量变化很大时计量精度将受到很大影响。因此，电子表的大规模应用是必然趋势。2.2 几种设计方案的比较和选择方案一采用 STC89C52 单片机，用互感器把电压、电流信号进行转换，使用 ADC0809 对信号进行采集，将采集的信息送入 MCU 进行运算，计算出电能，然后将电能信息送入数码管进行显示。方案二采用 STC89C52 单片机，采用 ADE7755 电能计量模块将电能的信息转换为数字脉冲，使用单片机对脉冲进行计数，利用转换公式将脉冲信息转换成电能信息，使用 DS1302 时钟芯片计时，根据不同的时间段次啊用不同的付费率，计算出电费。将所有的信息信息送入
17、LCD1602 进行显示，并通过串口通信将这些信息送入上位机。对于方案一，采用大量的模拟器件，对于采集的信号需要进行滤波处理，外围电路较为复杂；采集到电压、电流信号后需要进行运算，误差较大；采用数码管显示，智能显示数字，显示的功能较为单一。对于方案二，采用专门的 ADE7755 电能测量模块对电能进行测量，直接输出脉冲信号，可以直接使用单片机的计数器功能对脉冲进行计数，外围电路简单，精确度高；采用 LCD1602 液晶显示器显示的信息较多，更有利于用户了解电能信息；通过无线串口可以在 PC 端实时查看电能信息，方便快捷；可以对不同时段制定不同得费率，也有利用用户合理地安排用电计划，从而更加有利用电网的“削峰填谷” ，有利于电网的稳定性。
