（1.河南科技学院新乡职业技术学院；2.河南科技学院）
摘要：本次设计是基于单片机AT89C51的多功能数字智能电表的设计。具有双向计量功能，用户端控制功能，双向数据传输功能等。
关键词：智能电表；AT89C51；程序设计
引言
伴随着工业生产水平的日益提高，大量的电力设备对电能质量的问题日益显著，首先应要保证电网的安全运行，其次也要经济的运行，避免网损，电能的浪费，此时电网需要一种可以实时，精准，高效率，多功能地监测电能的质量的技术来解决这一问题。在国内，智能电网体系还处于起步阶段,很多技术尚不成熟,现有的电表功能还很单一,有部分地区的电表还需要使用人工进行抄表,用户不能实时了解自己的用电情况。在国外，现在已经发展了基于智能电表而构建的AMI—高级量测体系和自动抄表系统。这种类型的体系可以实时向用户提供详细的用户用电信息,这样用户就可以通过了解当前使用的电量情况，费用等信息,然后根据自己的用电情况合理分配用电量,这样用户不但节省了电费而且可以减少污染，更加环保。
1总体设计方案
图1-1 多功能电能表硬件框图
现在的智能电表的设计基本上大部分都具有微处理器或微控制器，然后在其周围进行设备的拓展，与其他模块进行连接。本次硬件设计一共设计了9个模块。由CPU模块、电压、电流数据采集模块、电能计量芯片CS5460模块、时钟模块、存储器模块、通讯模块、按键模块、显示模块等几部分共同组成。多功能数字智能电表的总体硬件框架图如上图1-1所示：
2智能电表的硬件设计
2.1 CPU模块
单片机AT89C51是一种低电压、高性能的CMOS 8位微处理器，俗称单片机[7]。它带有4K字节的闪存可编程可擦除只读（FLASH）存储器，包含运算器，控制器，振荡器等功能部件。内部还含有4个并行I/O口端口，两个16位的定时/计数器，四个中断结构，一个全双工串行通讯接口，还具有片内振荡器和时钟电路等[7]。
2.2时钟芯片DS1302
对智能电表来说，大部分智能电表都具有分时计费功能。所以就需要划分出不同的时间段来，然后进行累加各时段的电能值，因此在设计智能电表的时候，我们需要有一个实时时钟芯片来进行计时。
实时时钟芯片DS1302能够直接与AT89C51之间进行简单地使用同步串行的形式来通讯，这种方式只需要用到三个I/O接线口,节省了对I/O口的使用。复位端 与单片机AT89C51复位端直接相连接，I/O数据线与SCLK串行时钟输入引脚分别与单片机AT89C51的两个I/O口连接。DS1302还有两个晶振输入引脚X1与X2,它们需要接32.768KHZ的晶振。双电源管脚Vcc1和Vcc2分别用于实时时钟芯片DS1302主电源和备份电源的供应。
2.3显示模块
2.3.1 LCD1602显示电路设计
对于智能电表的显示模块在本次的设计中使用了液晶显示LCD1602。与单片机的通讯方式是串口通讯，这样就会使操作更加简单，便捷。LCD1602的RB0~RB7直接与单片机AT89C51的P0I/O口直接相连，由于单片机P0口内部无上拉电阻，所以直接用一个排电阻连接，上拉电阻。其液晶显示电路原理图如下图2-1所示。
图2-1 LCD1602显示电路原理图
3电表的软件设计
3.1 主程序软件设计
智能电表主要是以单片机为控制核心的设计，主程序主要是让单片机能够控制各个模块电路有序地完成电能的计量，数据的存储与显示。主控制程序就是调试各个子程序模块来实现整个系统的各项功能。整个单片机资源的调配，管理以及信息的流向都由主程序来实现。开始进行初始化后，电能计量模块将采集到的数据储存，用汇编语言写程序，对数据进行计算设置，通过按键模块查询数据，再经实时时钟，调用分时计费程序，对相应的电量进行累加，最后由按键选择和显示模块显示。
3.2 分时计费软件设计
本次设计的多功能数字智能电表通过 程序编辑，设置分时计费功能，由实时时钟芯片DS1302模块和外部存储器X5045模块共同完成，上电后，首先进行系统初始化，此时所有芯片都初始化，然后调用实时时钟芯片DS1302的读子程序，读取经过数据采集模块和电能计量模块后的数据，电压、电流与功率的有关值，调用分时计费程序，判断是峰时段还是平时段，再调用电能计量模块子程序，判断是正向电能还是反向电能，若为正向电能的峰时段，则正向峰时电量增加，否则是正向平值电量增加，若既不是峰时段，也不是平时段，则正向谷值电量增加；反之，对应的反向各时段电量增加。最后把数据保存入外部存储器X5045中。
4总结与展望
本次结合智能电表的概念，基本功能，设计了基于51单片机的多功能数字智能电表。运行稳定，可靠性高，具有双向计费功能，分段计费功能等。设计了有关的电路原理图，采用单相电工作，进行了对电压、电流的数据采集和功率电能的测量。本文也有不足的地方，没有让硬件部分和软件部分结合起来，与实际电路相连接去测量，这是需要改进的地方，这也是我今后应该努力的方向。
参考文献
[1]李崇维,朱英华,电子测量技术[M]．成都：西南交通大学出版社，2005：239．247.
[2]电能质量公用电网谐波（GB/T 4549-93）
[3]张贵兵．智能电表的设计与实践［J］.新疆化工，2014，（9）：15-17
作者简介：闫敏，女，河南科技学院在读在职研究生，新乡职业技术学院就职。
陈广华，河南科技学院。
论文作者:闫敏1 陈广华2
论文发表刊物:《知识-力量》2019年4月中
论文发表时间:2019/2/11
标签：电表论文; 模块论文; 电能论文; 智能论文; 单片机论文; 时钟论文; 实时论文; 《知识-力量》2019年4月中论文;