摘要：为响应新疆政府要求，本文通过将AD7755应用到电表有功电能测量中实现了分开计量居民用电与电采暖用电，这对新疆乃至整个国家分开计量不同用电种类有积极作用。本文从设计背景、系统组成、方案分析及软件流程图等方面论述本设计，旨在为相关部门及工作人员提供可参考性建议。
关键词：电能表；计量；AD7755；软件图
1设计背景
2013年8月15日，国家电网发文倡导“电能替代”，以便捷、清洁、高效的电能替代煤、油等污染性能源，可以说这是我国能源方向新方向，是我国社会主义社会发展的必经之路[1]。不少地方响应国家政策，津京冀周边农村地区散煤燃料已逐渐被电能取代，在一些燃气无法输送的城区，倡导使用蓄热式电锅炉、热泵、分散电采暖，在能源富集之地倡导蓄能供暖。新疆政府积极响应 国家政策，全面落实扶贫工作，为南疆30万居民开放电采暖设备，但是由于居民用电与电采暖价格不一样，新疆政府要求新疆电力分开计量居民用电与电采暖用电。目前还没有能达到分开计量两种用电的电能表，如果安装两块电能表，这无疑增加了基础设备投资，此外，两块电能表无疑增加了维护人员的工作量，维修危险系数也由之提高。本文通过设计一块具有同时计量居民用电和电采暖用电功能的多用电价式电子电能表来解决当下新疆电力的燃眉之急[2]。
2 多用户集中式全电子电能表设计
本设计的多用电价集中式电子电能表是指在一个表壳内通过电子原件的固定组合，同时测量多个电能用户有电能的仪表，其主要由电能计量系统、单片机系统及输出系统三部分构成，如下图1：
图1 多用户集中式电子电能表组成
电能计量系统主要是由电流、电压采样电路和与其相配套的电能计量芯片组成。把采集到各个用户的电流和电压相乘并转换成相应的脉冲信号，分别输入与之相对应的单片机系统进行计算。
单片机系统是电能表数据采集处理和控制单元。其任务是接收并存储各用户电量，经处理后控制公用显示器，定时、显示各电价用（或剩余）电量，控制对外通信，完成抄表或远控等工作。
输出系统主要包括公用显示器和对外通信、控制接口等。公用显示器轮流显示每个用户的户号和用电量，可24h连续工作，用户随时可查看各自的用量情况。此外，通过远传通信接口可实现与用电管理主机相连，从而实现远程自动抄表和通信的功能
3 设计方案分析
3.1 AD7755与微控制器的接口
AD7755与微控制器最简连接方式可利用CP高频输出来完成。连接时，可将CF设置为最大输出频率，并将CF连接至MCU计数器或接口，然后在MCU内部定时器规定的时间内计数脉冲，并取平均功率等于平均频率。同时，该值也等于计数所得值与计数时间的比值，此计数时间内所消耗的能量为平均功率与时间的乘积，即计数值／时间与时间乘积的计数值。
图2 设计方案电路图
实现本项设计方案有：（1）8031+2AD7755+485+LED8（采用单片机作为cpu控制芯片，用模数转换器AD7755进行转换，用数码管进行显示）；（2）8031+AD7755+485+液晶（显示部分是液晶）；（3）8031+AD+485+LED8（用AD作为乘法器）；（4）8031+AD+485+液晶。就设计方案来说可以通过上面讲述的四种方法来实现AD7755在电表有功电能测量中的应用。各种设计方案串行通路及远程控制方面相同，显示部分不同，进行电能和脉冲交换方法不同。本次设计本人所才用的方法是8031+AD7755+485+LED8。
3.2 方案特点分析
本次设计通过AD7755进行电能与脉冲的转换，用中心控制器进行：码管显示的控制；对时钟信号进行控制；对外部存储器进行控制；对远程控制系统进行控制。AD7755是用于功率测量或电能计量的专用集成电路，是目前电子式电度表核心芯片，通过采样电阻（锰铜合金制成）获取电流采样信号和电压采样信号，在芯片内部实现能量计量累加，并在内部实现A/D转换，以脉冲方式输出给机械计度器及单片机数据处理使用，本系统采用CF输出为3200 imp/kwh供单片机进行计量处理，电量采样板上另一部分电路是磁保持继电器控制，磁保持继电器用于过断负载控制，采用正负脉冲信号进行开关驱动。驱动电路可用晶体管电路，也可用专用集成芯片实现。
单片机数据采集处理板采用卡式结果插在母板上，巡回采集处理采样板用电量数据，并可实现对房间电源通断控制。芯片采用89S52单片机，内置看门狗电路，利用P0口进行地址编码，P1口进行显示、数据存储，采样地址译码与继电器驱动等，为防止掉电后数据丢失，设置一个外部存储器，存储器采用总线结构芯片，可节省单片机口线，简化电路结构及节约成本，利用75LBC184芯片实现485通信接口。
本系统采用8位LED显示器通过联线安置于控制面板上，采用三片74HC595A芯片实现8位串行输入，并行输出。使用时在串行时钟控制下，可将显示位控码逐位串行输入至三个芯片中，然后利用锁存信号实现并行输入，完成8位数码管显示更新。利用此显示方式仅占用单片机三根口线，极大节约单片机口线资源。采用串行数据输入，显示速度相对比较慢，实现使用时显示效果稳定可靠。采用此种设计的优点是比其他的设计电路更简单，在编写软件更容易实现，成本更低，更适合市场适用与家庭用户。
4 软件流程图
软件流程图（如下图3）思路：用AD7755对电能和脉冲进行转换，并传送到cpu芯片，用cpu芯片对时间和电能的显示进行控制计量，然后显示在数码管上。在系统外部加上外部寄存器进行断电保护，使系统能够在断电时保持原来状态，实现系统的完整性与实用性。Cpu控制串行通路和远程控制芯片，使系统能够完成远程控制，实现系统自动化。主程序主要系统初使化和进行电力参数数值的计算，同时判断发送标志字。如果是发送标志字，则通过串行口发送数据给上位机；否则进行数码管显示。上位机和单片机采取主问从答方式。定时中断程序中定时关闭，以便进行处理，和对数据的保存，然后给定时器个计数器清零，打开定时器重新记数，最后进行电能显示。
图3 软件程序图
结论
本次设计主要实现AD7755在电表有功电能测量中的应用，有利于电采暖居民和供电部门管理系统建设，设计最大特点在于与人们的生活紧密结合，做到了理论和实际相结合。研究设计结果意义突出：于个人，适用于每一个家庭电表用户；于社会，不但可以节约资源还可节省人力资源，促进社会自动化发展进程。不仅限于此，产品还更大发展空间，通过不断优化改进，设计产品有望投入工业生产与实际电能计量中，能实现居民用电及电采暖用电分开计量，对我国资源高效配置，杜绝资源浪费有积极作用[3-4]。
参考文献：
[1]许剑锐，何伟浩，叶铭铭.基于CS5460A与STM32的单相智能电能表设计[J].福建电脑，2017，33（11）：21-22.
[2]王若鲁，万年旺，熊剑，陈飞.基于银泉大功率无线通信模块的电能表设计[J].电子技术与软件工程，2017（17）：43-45.
[3]徐宏伟，魏伟，张秋雁，陈建国，李红斌.一种含噪声测试的数字化电能表计量性能检测系统[J].国外电子测量技术，2017，36（05）：59-65.
[4]杨晓燕，徐广振.基于瑞萨单片机的单相费控智能电能表设计[J].职大学报，2017（02）：85-88.
论文作者:龚雄伟,张勇,郑雷,库尔班•托乎提
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：电能论文; 单片机论文; 电能表论文; 芯片论文; 系统论文; 新疆论文; 脉冲论文; 《电力设备》2018年第24期论文;