基于单片机的智能电表设计

龙源期刊网基于单片机的智能电表设计作者：苗彧智王艳来源：《现代电子技术》2015年第02期摘;要：智能电表的推广与使用是一项惠及百姓的民生工程，它大大改善了农村居民用电条件，提高了配电网的自动化水平，对于减少电力能源的消耗具有重大的意义。采用单片机80C51为核心，同时增加电能计量芯片CS5460A、LCD显示器1602、Wifi通信电路、SD存储卡等芯片，来实现电能的计量与显示、无线通信、数据存储等功能。用户可以通过电表上的按键来选择是显示用户当前用电量，还是某一时段用电量。关键词：智能电表;单片机;电能计量;无线通信中图分类号：TN919⁃34;TM933;;;;;;;;文献标识码：A;;;;;;;;;;;文章编号：1004⁃373X（2015）02⁃0059⁃03DesignofsmartmeterbasedonsinglechipmicrocomputerMIAOYu⁃zhi，WANGYan（SchoolofInformationandControlEngineering，LiaoningShihuaUniversity，Fushun113001，China）Abstract：Thepromotionanduseofsmartmeterareofbenefittothepeople'slivelihood.Ithasgreatlyimprovedtheelectricityutilizationconditionsofruralresidents，andimprovedtheautomationlevelofpowerdistributionnetwork.Itisofgreatsignificancetoreducetheelectricityenergyconsumption.MCU80C51istakenasthecore.ElectricenergymeteringchipCS5460A，LCDdisplay1602，WificommunicationcircuitandSDmemorycardareaddedtorealizetheelectricenergymeteringanddisplay，wirelesscommunication，datastorageandotherfunctions.Userscanselectthebuttonsonthemetertoshowtheirelectricityconsumptionatpresentorinanyperiod.Keywords：smartmeter;singlechipmicrocomputer;electricenergymetering;wirelesscommunication随着计算机技术和通信技术的发展，建筑智能化程度越来越高。住宅的智能化抄表系统在建筑智能化中是必不可少的。在我国，对用户的电表仍采用人工抄表的方法。这种原始的查表方法不仅造成了人力、物力的浪费，打扰居民正常生活[1]，而且其精度差，电量数据需要人为读数不能实时传输[2]。为了从根本上解决这个问题，因此设计一种基于单片机的智能电表。电表若以单片机为主体取代传统仪器仪表的常规机械及电子线路，可以容易地将计算技术与测量控制技术结合在一起，形成智能化测量仪表[3]。这种仪表由计量电路、微处理器、龙源期刊网显示器、实时时钟、通信接口及电源等组成[4]，具有电能量计量、信息存储及处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能[5]。1;智能电表的工作原理智能电表的硬件方案框图如图1所示。电能表主要由计量、电源管理、存储、显示、按键处理、脉冲输出和通信单元7个部分组成[6]。本文的智能电表是以80C51为核心处理器。除此之外，加入了电能计量芯片CS5460A和LCD显示芯片1602，用于用户用电量的计量与显示。但是，由于CS5460A芯片只能测量瞬时的电量，所以，还需要采用时间芯片DS1302将时间分段，这样电表就可以通过按键，不但可以显示出用户的瞬时用电量，而且还能显示某个时段的用电量。WiFi通信电路的使用，可以实现智能电表的无线通信，这样查电表的工作人员不用再挨家挨户的登门查询，而是直接接收WiFi信号，就可以了解到用户的用电情况，比较方便、省时。对于存储模块，本文采用体积小、容量大的SD卡，相比于一般的存储模块，SD卡还可以随时拆卸、更换，既方便又实用。对于电源模块，本文采用的是外部供电方式。2;智能电表的硬件设计2.1;电能计量电路设计电能计量芯片采用CS5460A。其主要功能如下：具有特殊的自动引脚模式功能，能使芯片独立工作，得电时自动初始化[7];具有片内看门狗定时器与内部电源监视器;可以精确测量正反两个方向的电压瞬时值、电流瞬时值、电压有效值、电流有效值以及功率和能量[8];提供了外部复位引脚;双向串行接口与内部寄存器阵列可以方便地与微处理器相连接;外部时钟最高频率可达20MHz;具有功率方向输出指示[9]。E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼14T1.tif图1智能电表的硬件设计图CS5460A与单片机80C51的连接电路图见图2。图2CS5460A与80C51的连接电路图2.2;WiFi通信模块设计电表采用WiFi无线通信的方式，WiFi通信电路使用BCM8000。WiFi通信技术具有数据传输率高、组网灵活、可移动性好等优点。WiFi通信采用的是无线网络，使智能电表的安装不受通信线路的局限性，具有安装便利的优势[10]。WiFi通信电路与单片机80C51的连接，只需要将BCM8000的RXDH和TXDH引脚分别对应连接到80C51的TXD和RXD引脚，如图3所示。龙源期刊网：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼14T3.tif图3WiFi通信电路与80C51的硬件连接设计3;智能电表的软件设计智能电表的软件设计部分包括以下的几个部分：电能计量芯片CS5460A的数据传输、液晶显示器1602显示子程序、键功能处理程序、WiFi无线通信程序、时钟芯片DS1302的读/写操作程序、SD卡储存模块的软件设计。其主程序的流程图如图4所示。CS5460A软件框图如图5所示。E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼14T4.tif图4智能电表的软件主程序框图E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼14T5.tif图5CS5460A软件框图4;结;论本次设计的智能电表集成了计量与显示电量、数据存储、数据通信等多种功能。经试验验证后，证实了电表性能的稳定、计算准确、误差较小、可以进行无线通信等。但是，本次设计的电表可能在故障自诊断方面有些不足，需要日后加以完善。参考文献[1]忻龙彪，杨晓睛，宋淑彩.一种基于CAN总线电路抄表系统[J].国外电子测量技术，2005，9（8）：37⁃38.[2]王文波，郭世明.基于ADE7755的带CAN总线的工业用电度表设计方案[J].国外电子测量技术，2005，9（z1）：40⁃43.[3]刘凯，柴旭峥.一种智能型兆欧表的设计[J].国外电子测量技术，2005，9（2）：25⁃27.[4]古碧绮，王健.基于SA9904B的三相多功能电能表的设计[J].国外电子测量技术，2004，8（1）：29⁃31.[5]王志勇，张铁壁，侯锡铭.浅谈智能电表的应用及发展[J].河北工程科技高等专科学校学报，2013，9（3）：33⁃35.龙源期刊网[6]申斌，封维忠，施山菁，等.基于ADE7953的智能电表设计与研究[J].仪表技术与传感器，2012（11）：44⁃45.[7]郭海文，刘永涛.基于CS5460A的大型电机保护器的研究设计[J].高科技产品研发，2011（2）：64⁃65.[8]冯韬，姜久春，黄李.基于CS5460A的无轨电车智能电度表系统[J].国外电子测量技术，2007，11（8）：21⁃23.[9]郑虎，马殷元，李涛.基于CS5460A的三相电能控制系统的设计[J].电工研究，2012（10）：69⁃70.[10]王科，童嵘，甘建平.WiFi通信在智能电表中的应用研究[J].电测与仪表，2013（9）：64⁃68.