多功能单相数字电能表的设计
基于V9811的单相电子式多费率电能表设计方案
可 通过 红外和 ＲＳ ． ４ ８ ５通 讯方式 来读取 和设置 电能表 的 电
４路独 立 的过采样 ， △Ａ Ｄ Ｃ： 一 路 电压 、两路 电流和一路多功能测量通道
量和参 数 。 与传统 电能表相 比 ，智能 电能表具有 以下几个 主要特
・
点 ：
・
计 量精 度 ：
・
满足 ＧＢ ／ Ｔ １ ７ ２ １ ５ ． ３ ２ １ — ２ ０ ０ ８ 、 ＧＢ ／ Ｔ １ ７ ２ １ ５ ． ３ ２ ２ －
・
通 讯 电路
本方 案的通 讯电路主要 包括 Ｒ Ｓ 一 ４ ８ ５通 讯电路和 红外
通 讯 电路 。
集成起 振 电路和 Ｐ Ｌ Ｌ ，片外仅 需一个 ３ ２ ７ ６ ８ Ｈ ｚ
晶体 ，支持 晶体停振时的起振复位功能 ・ ６ ４ ｋ Ｂ Ｆ Ｌ Ａ Ｓ Ｈ存储 器 ， 具有 写保护和加密功能 ，
・
３ ． ３ Ｖ或 ５ Ｖ 电源供 电，宽 电压输入范围 ： ２ ． ５ Ｖ － ５ ． ５ Ｖ
基准 电压 ： １ ． １ ８ ５ Ｖ（ ２ ０ ｐ ｐ ｍ／ ℃）
脉 冲常 数 为 １ ２ ０ ０ ｉ ｍｐ ／ Ｋ ｗｈ ，说 明 电能 表 每 输 出 １ ２ ０ ０个
・
ＣＦ脉冲 即 代表 用 户使 用 了 １ ｋ ｗｈ的 电量 。 电能表 校 正好
４ ８ ５电源是单独供应的。变压器的 另外一个输出端经过 整流 后 ，通过 ７ ８ Ｌ ０ ５稳压成 ５ Ｖ，为 ＲＳ － ４ ８ ５ 通讯回路供 电。
・
其它特 点 ：
・
高性 能 ８位 ８ ０ ５ ２兼容 ＭＣＵ内核 ，工作频 率可
编程 ，运算能 力最高可达 ２ ６ Ｍ Ｈ ｚ ／ ６ ． ５ ｍ ｉ ｐ ｓ
单相电子式电能表技术规范
单相电子式（不分时）电能表技术条件收藏此信息打印该信息添加：用户发布来源：未知1．适用X围本技术条件适用于新生产的，在XX省电网运行中的单相用户的液晶显示不分时电能表。
本技术条件是指导各局订货和验收的规X。
本技术条件中未明确之处，应满足现行有效的国家及行业标准、检定规程及本公司上级部门有关要求。
2．引用标准GB/T 17215-20021级和2级静止式交流有功电能表GB/T 17442-19981级和2级直接接入静止式交流有功电度表验收检验DL/T 645-1997多功能电能表通信规约JJG 596-1999《电子式电能表》检定规程3、技术要求3.1技术参数3.1.1电压Un：220V；工作电压X围：0.7Un～1.2Un，误差应符合等级要求，1.9Un时的条件下4小时电表不损坏。
3.1.2 基本电流为Ib：直接接入式：5（30）A、10（40）A、20（80）A。
在6Ib条件下连续运行，误差在等级X围内，仪表各部件不损坏。
3.1.3 参比频率：50Hz，频率X围：50Hz±5%3.1.4 准确度等级：2.0级（按50%误差限验收）。
3.1.5工作温度X围：-20℃～+55℃；工作极限温度X围：-25℃～+70℃；贮存与运输温度X围：-25℃～+70℃。
3.1.6功耗电压线路功耗：≤1W,5VA；电流线路功耗：≤1VA（Ib）。
3.2外观要求3.2.1铭牌应符合GB/T17215—2002中4.2.13.1规定，标志清晰，带有条形码的位置。
铭牌上应有计量器具生产许可证和制造标准的标识，铭牌材料宜采用铝板。
3.2.2表壳应有密封、防尘、防潮、防水性能，并具有一定的强度，由能抗变形、抗腐蚀、抗老化的阻燃材料制成，采用延伸型或嵌入型底座，采用II类防护绝缘包封。
3.2.3端钮盒内所有桩头一体化，螺钉采用“-”、“+”通用。
辅助接线端应处于低电侧。
电压、电流的接线柱在受到接线压力（60牛）时，辅助端的接线柱在受到接线压力（10牛）时接线柱不上缩。
电表说明书
24
0.1A
17
18
19
21
22
23
24
26
0.2A
35
36
40
42
44
46
48
52
0.3A
52
54
60
63
66
69
72
76
0.4A
70
72
80
84
88
92
96
101
0.5A
88
90
100
时分秒
*
*
时间
19
C0
32
NN．．．NN
6
*
*
表号
20
C1
17
DDhh
2
*
*
结算日
21
C3
12
NN
1
*
*
日时段数
22
C1
19
000000．00
4
kWh
*
电量超过10kWh不允许清零，电量10kWh以下只允许清零5次，电量清零的同时也将历史数据清零。
23
C3
13
NN
1
*
*
费率数
24
B2
10
MMDDhhmm
电能表内部光耦输出
三、功能说明
单相智能电能表说明书
目录一、产品简介 (1)1.1 概述 (1)1.2 规格和主要参数 (1)二、外形说明及安装 (3)2.1 液晶显示及内容 (3)2.2 电表的安装及接线 (5)三、功能说明 (8)3.1 计量功能 (8)3.2 费控功能............................................................................................................. 错误!未定义书签。
3.3 测量及监测 (8)3.4 事件记录 (8)3.5 费率、时段 (9)3.6 显示功能 (9)3.7 报警功能 (9)3.8 冻结功能 (9)3.9 计时功能 (10)3.10 脉冲输出 (10)3.11 通信接口 (10)四. 工作原理 (10)五、安装............................................................................................................................... 错误!未定义书签。
六、运输与贮存................................................................................................................... 错误!未定义书签。
七、质保期限....................................................................................................................... 错误!未定义书签。
一、产品简介1.1 概述单相智能电能表是本公司研制生产的新一代电能计量产品。
本产品采用专用大规模集成电路和SMT生产工艺，具有电能计量、数据处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能。
DDS238-4-ZN 单相多功能导轨式电能表
使 用 说 明 书
1
1 概述 DDS238-4 ZN 型单相导轨式电子式多功能电能表式是为了适应我国电网现状，
结合实际需要而开发设计的一款具有较高可靠性和准确度的新型导轨式电能表。 本产品采用国际先进的专用超大规模集成电路及 SMT 工艺制造，关键元器件
有功计量：分别计量当前总有功电量，有功的尖（TARIFF1）、峰（TARIFF
2）、平（TARIFF 3）、谷（TARIFF 4）总电量 8.2 历史记录
可以记录上一到十一个月总有功电量以及有功的尖（TARIFF1）、峰（TARIFF
2）、平（TARIFF 3）、谷（TARIFF 4）总电量。在每月的固定一天的一个时间 点记录当月电量数据.
6
8.3 费率时段
每年两个时区，每个时区可设置每天最多 8 个时段 4 种费率，时段可不用设
满。TARIFF 1、 TARIFF 2 、TARIFF 3 、TARIFF 4 分别表示尖、峰、平、谷
4 个费率。
分别表示当前时间处于尖、峰、平、谷 的
对应的时段内.
8.4 轮显项目
通过 LCD 显示各种参数设置情况和测量数据，用户可以根据实际需要对相应
10
12、费率 1（尖）总电量：2.88 kWh, 当前时段处于费率为 4（谷） 13、费率 2（峰）总电量：0.0 kWh, 当前时段处于费率为 4（谷） 14、费率 3（平）总电量：0.0 kWh, 当前时段处于费率为 4（谷） 15、费率 4（谷）总电量：0.0 kWh, 当前时段处于费率为 4（谷）
-20℃～+55℃
极限工作温度
-20℃～+70℃
存贮和运输温度
单相智能电能表型式规范
规定的工作范围 极限工作范围
-25℃～60℃ -40℃～70℃
储存和运输极限范围
-40℃～70℃
4.3 工作相对湿度 不大于95%。
4.4 大气压力 63kPa～106.0kPa（海拔4000m及以下），特殊订货要求除外。
【条文解释】
参比温度为23C是要求做各项试验时温度为23C。 在规定的工作范围内要求电能表能够正常计量、通信及记录事件、存储数据并能正常显示。
可按照相应的要求确定10ic卡卡口cpu卡射频卡均为插卡式11轮显按钮通过该按钮查询相应显示内容12编程按钮盖封印螺丝可铅封编程按钮13端子盖封印螺丝可铅封端子座防止用户触碰由安装人员加报警跳闸xxxxxx型单相本地费控智能电能表2009年单相本地费控智能电能表单相远程费控智能电能表第30报警跳闸xxxxxx型单相本地费控智能电能表载波2009年rxdtxd脉冲报警跳闸2009年xxxxxx型单相远程费控智能电能表序号名称解释说明条形码条形码结构尺寸及相关要求应符合qgdw2052008电流电压等参数电流电压常数等参数可根据相应的电能表要求变更表示为准确度等级
见附录A。
单相智能电能表型式规范
【条文】
6.2 编程开关
编程开关采用按压形式，并应能施加封印；具体结构及 位置见附录。
【条文解释】
编程开关是配合编程操作的硬件防护设施，为更有 效地利用空间，缩小电能表尺寸，编程开关采用按压触 发形式，按压后按键能自动回位。编程开关设置在铭牌 盖板的下方，不能通过按压铭牌盖板表面触及编程开关 ，铭牌盖板可以直接铅封，以防止非授权人的非法操作 。编程开关通常采用圆形按键，按键中心相对凹陷以确 保操作方便舒适。
在规定的工作范围外但在极限工作范围内要求电能表能够正常计量、通信及记录事件、存储数据，可暂时不 显示，但回到规定的工作范围内1小时后应能正常显示。电能表在设计时应考虑满足气候环境影响试验的要求 以及环境温度变化对电能表准确度的影响。
大连电表 DDSHF1265 型单相电子式多用户分时电能表 说明书
DDSHF1265型单相电子式多用户分时电能表 使用说明书大连电表有限公司DDSHF1265型单相电子式多用户分时电能表使用说明书1 概述DDSHF1265型单相电子式多用户分时电能表是采用先进的电能计量芯片和可靠的MCU电路设计而成，应用数字化处理技术和先进的生产工艺制造的具有国际先进水平的电能仪表。
DDSHF1265型单相电子式多用户分时电能表能够根据设定的费率参数实现分时段记录用户消耗的电能。
通过手持终端（具有红外通讯功能的掌上电脑）在本地对电表进行参数设置和电量数据采集。
也可通过RS485通讯口组建网络异地长距离对电表进行参数设置和电量数据采集。
通讯协议是本公司参照DL/T645-1997《多功能电度表通信规约》制定的。
用户能通过LED显示电表中的相关参数。
所有参数和性能指标完全符合以下的技术标准：GB/T17215-2002《1和2级静止式交流有功电度表》；GB/T15284-2002《多费率电能表 特殊要求》；JB/T10451-2004《多用户静止式交流有功电能表特殊要求》；2 用 途城乡居民单相用电用户分时电能计量，特别使用于住宅小区等用户集中的场合。
3 规格及主要技术指标3.1 额定电压：220V3.2 额定频率：50Hz3.3 基本电流：21户以下（含21户）5(40)A、21户以上5(30)A3.4 电表常数：见相应铭牌标注。
3.5 精度等级：2.0级3.6 起动电流：0.4%Ib3.7 时钟参数时钟准确度（日误差）：≤0.5s（23℃）电池容量：≥1Ah停电后数据保存时间 ：≥10年3.8 电压范围正常工作电压：0.7Un～1.2Un3.9 功耗电压线路功耗：≤3.0W和9VA电流线路功耗：≤1VA（额定电流条件下）3.10 基本误差负载电流 功率因数 基本误差（%）0.05Ib 1 ±1.50.1Ib-Imax 1 ±1.00.5(感性) ±1.50.1Ib0.8(容性) ±1.50.5(感性) ±1.00.2Ib-Imax0.8(容性) ±1.03.11 通讯波特率:1200bps，红外通讯距离:≥2米，RS485通讯距离:≥1200米。
单相智能电能表型式规范条文解释
第一章单相智能电能表型式规范条文解释【条文】1 适用范围本标准适用于国家电网公司新订货的，用于测量频率范围为45Hz～65 Hz的单相智能电能表（以下简称电能表）。
本标准中规定了单相智能电能表的环境条件、规格要求、显示要求、外观结构、安装尺寸、材料及工艺等型式要求。
【条文解释】智能电能表是智能电网的重要组成部分，本标准从优化外形、规范型式等要求以及满足国家电网公司电能表集中规模招标需求出发，结合国内外计量、通信技术现状以及公司系统生产、经营、管理对电能表的基本要求，对单相智能电能表的环境条件、规格要求、显示要求、外形及安装尺寸、端子接线、材料、工艺等进行了规范，为规范单相智能电能表的设计、制造、选型与管理工作提供技术依据。
【条文】2 规范性引用文件GB/Z 21192－2007 《电能表外形和安装尺寸》GB/T 17215.211-2006 《交流电测量设备通用要求试验和试验条件- 第11部分：测量设备》GB/T 1804-2000 《一般公差未注公差的线性和角度尺寸的公差》Q/GDW 205－2008 《电能计量器具条码》Q/GDW 354－2009 《智能电能表功能规范》【条文解释】除本标准中已经作了规定的内容外，未述及的有关技术要求、内容应遵循被引用文件的相关条款。
如果制造单位有自已的标准或规范，原则上应比本规范更严格。
3 规格要求【条文】3.1标准的参比电压标准的参比电压见表3-1。
略。
【条文】3.2标准的参比电流标准的参比电流见表3-2。
33最大电流最大电流应是参比电流的整数倍，倍数不宜小于4倍。
【条文解释】GBT17215.211-2006《交流电测量设备-通用要求试验和试验条件第11部分：测量设备》规定了5A、10A、15A、20A、30A、40A、50A七个标准的参比电流值，根据公司系统多年的使用经验，本规范将直接接入式单相表的参比电流值优化为5A、10A、20A三个规格，结合最大电流不小于参比电流4倍的要求，可以满足各地大部分用户的使用需求。
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多功能单相数字电能表的设计
刘砚菊, 张永良
( 沈阳理工大学 信息科学与工程学院, 辽宁 沈阳 110168)
摘 要: 介绍了一种多功能单相数字电能表的设计方法, 该电能表不仅实现了高精度的 计量功能, 还具有预付费、复费率、红外通信、RS485串行通讯等功能. 能更好地适应自 动化供电系统的需求.
关 键 词: 预付费; 复费率; 电能表; 红外遥控
存储单元采用 SP I总线的 flash 芯片 93C46. 与其他带 SP I接口的芯片复用单片机端口, 节 省 资源, 减少电路板空间.
3 电能表软件设计
电能表软件采用 C51编写, 主要实现电能计 量、4 85总 线与 红外 通信 、显示 、预 付费 控制 和复 费 率等基本功能. 考虑到 ADE7755芯片输出电能计 量脉冲频率很低, 间隙时间比单片机主循环执行 一周时间长得多, 为节省单片机中断资源, 电能计 量功 能 是 采用 查 询 方 式, 主 程 序 循 环 检 测 ADE7755采样信号输入口. 当有脉冲输入时则调 用电量计量子程序, 处理并存储相应数据并实时 更新剩余电量值, 刷新显示. 为保证不 丢失脉冲, 在主循环中插入几段延时, 并在利用查询指令实 现延时程序中, 取得一举两得的效果. 485与红外 通信共用单片机串口, 采用中断方式, 提高通信的 实时性. 流程图如图 4所示.
03 200 160 20
20
30
70
2004- 12 - 1 (购电 )
[ 1] 欧阳惠斌, 高嵩. A DE7755 在功率变送器中的应用 [ J] . 国外 电子元器件, 2003, ( 4) : 28-30.
[ 2] 王敏, 于洋, 陈亮. 基于 以太网 的预 付费 用电 控制 管理 系统 [ J] . 沈阳工业学院学报, 2004, ( 4) : 67-70.
电能表在表内设定了包括地区号, 用户号, 电 价等基本信息, 如表 1 所示. 用户从开 户之日起, 即按照设定的电价在三种不同的时段 扣除金额, 每月结算一次. 其动态用电信息记 录表如表 2所 示.
电表 地区
号
电表 用户
号
表1
报警 金额
/元
电能表内设置基本信息
断电 峰值
谷值
金额 电价 / 电价 /
中图分类号: TP274. 2
文献标识码: A
我国供电目前存在着几个弊端: 供电费用 收 缴困难, 固定电价计费方法不科学, 电表数据抄读 不够准确、及时等. 供电各环节中的设备的改进在 一定程度上解决了这些问题, 也使自动化抄表 系 统得到了推广. 因此, 对供电系统中的关键设备-电能表, 也不断提出了新的要求. 为了更好的适应 自动化供电系统的需求, 本文设计一种多功能 电 子式电能表.
省编解码的 开销, 直接 将 87LPC764 的输 出串 口
电表复费率按峰、谷、平、尖四个时段的不同
TXD 进 行 38kH z 调 制, 然 后 驱 动 红 外 发 射 管 电价进行计量, 每天最多设置 8个时段.
30
沈阳理工 大学学报
2006 年
图 3 通信模块原理图
2. 5 预付费控制模块
显示部分采用六位 高亮数码管, 当电表接 到 查询等控制命令后循环显示相关信息, 数码管 驱 动电路采用集成芯片 7289, 该芯片也使用 SP I通 讯方式, 而且有闪烁显示等功能, 极大地提高了单 片机显示的效率.
2. 7 E2 PROM
为提供多费率功能, 该电能表的诸如时间、日 期、时段划分、电能表脉冲常数等参数都需要记忆 并允许修改, 在单片机内部存储单元有限的情 况 下, 为完成这些任务, 就需要扩充外部存储空间, 为此, 使用了电可擦写存储器 E2 PROM. 这 种 存储器的优点是不需要外部电池供电就能保存数 据.
收稿日期: 2005 - 09- 20 作者简介: 刘砚菊 ( 1965 ), 女, 辽宁本溪人, 副教授.
图 1 电能表原理结构图
2. 1 87LPC764简介
87LPC764是一种 性价比较 高的 80C51 改进 型 CPU, 具备 MCS-51系列单片机的所有特性, 还 增加了 WDT ( 看门狗 ) 、I2C 总线、上电复位检测、
控制部分采用 JQX-15F 小型大功率电磁继电 器, 通过放大三极管与单片机相接. 当用户剩余电 量小于电能表中设置的报警电量时, 单片机会 启 动峰鸣器报警, 提示用户充值. 当用户剩余电量小 于电能表中设置的断电电量时, 单片机驱动继 电 器切断用户电源, 实现预付费控制功能.
2. 6 LED 显示模块
研制的电能表主要实现的功能有: ⑴采用高精度 电能计量 芯片 ADE7755作 为 电能计量模块核心, 实现了高精度的计量功能; ⑵针对供电费用 收缴困难的问题, 本表提 供 了预付费控制功能; ⑶提供了复费率功能平 计费, 并通过这种方法降低用电高峰期供电系 统 的负荷; ⑷电能表需要带 有远程传输功能, 因此本 电 能表设计了 RS485 接口, 这种标准接口可以与任 何带有 RS485接口的系统互连; ⑸具有红外通信 接口, 使用本表的用户可 以 使用配套的购电遥控器作为载体, 从供电局购电,
参考文献:
图 4 电能表程序流程图
表 2 电能表动态用电信息纪录表
用电 记录
用额电/元金剩额余/元金用峰/ 电kW值量h 用谷/ 电kW值量h 用平/电kW时量h
总用 电量 / kW h
抄表 日期
01 100 100 0
0
0
0
2004-10- 1 (新开户 )
02
0
20
10
10
20
40
2004- 11 - 1 (未购电 )
1 电能表的总体功能设计
并写入电能表中, 操作简便.
2 电能表的硬件电路设计
电能表主要由计量模块、单片机、LED 显示、 485通信接口、E2PROM 存储器、实时时钟电路及 电源电路等组成部分. 其中, 单片机是电能表的核 心, 由它智能化的形成并可靠地提供电能计算、时 段判断、费 率切换等 功能. 原理 结构图 如图 1 所 示.
/元 ( 元 / kW h) (元 / kW h)
平价 电价 / ( 元 / kW h )
0123 5678 50 0
25
15
2
第 4期
刘砚菊等: 多功能单相数字电能表的设计
31
4 结束语
本电能表通过 CPU 实现全数字设计, 不但具 有电能计量的功能, 还具有复费率计费、预付费控 制和红外遥控等功能. 此外, RS485接口和红外通 信接口的设计为该电表的应用提供了方便. 实际 应用表明, 本电表计量精度高, 工作稳定, 通信可 靠, 是用电系统 中理想的 用户用 表, 应用前 景广 阔.
2. 2 电能计量模块
电能计量采用美国 T I公司的 ADE7755芯片,
这是一种用于功率测量和电能计量的 专用芯片. 它具有很高的精度, 在 500: 1的动态范围内误差 小于 0 1% , 且功耗极低.
实际应用中 ADE7755采集负载电流和电压, 获得有功功率之后通 过数字-频率转换器 将其转 换成频率输出. ADE7755有两种输出方式: 第一种 是经 F1、F 2引脚以低频形式输出; 第二种是经 CF 端以高频形式输出, 输出频率很高, 有功功率累计 的时间非常短, 所以 CF 的输出对功率的波动比较 敏感.
控接口是本电能表设计的特点, 它可以实现非 接
使用串行接口的专用 实时时钟芯 片 DS1302
触式数据通信, 实现用户预购电功能. 电路主要有 实现复费率功能. 该芯片能提供秒级时钟信号和
红外发射和红外接收两个部分组成. 在电路设 计 相应的时段切换逻辑, 完成电能表的时段切换, 实
时, 为提高传输速率, 方便与异步串口的联结及节 现复费率功能.
通信模块除了用 MAX487ESA 芯片扩展出通 外接收头无太阳光或荧光灯直射情况下, 通信波
用的 RS485接口外, 还设计了红外遥控通信接口, 特率 2 400, 直线无遮挡通信距离不少于 10m.
实现本地或远程数据信息采集和交换等功能以及 完成编程和抄表功能. 原理图如图 3所示. 红外遥 2. 4 复费率模块
L IU Yan- ju, ZHANG Y ong- liang
( Shenyang Ligong U n ivers ity, Shenyang 110168, Ch ina)
Abstract: T he design of a m ultifunctional d ig ital electric- energy m eter is introduced. The features of the m eter are: high accuracy o fm easurem en,t having the funct ion o f prepaym ent and mu lt-i ra te, infrared comm unication, and RS-485 comm unication, etc. K ey w ord s: prepaym en;t mu lt-i rate; e lectric energy m eter; infrared rem o te contro l
[ 3] 崔伟, 王建华, 额日登布 鲁格, 等. 一种 新型单 相电子 式多费 率预付费电能表 [ J]. 电测与仪表, 2002. ( 4) : 15-18.
D esign ofM u ltifunctional S ingle-Phase D igital E lectric-En ergyM eter
2 0 0 6年 8月 第 2 5卷 第 4期
沈阳 理 工 大 学 学 报
TRANSACT IONS OF SHENYANG L IGONG UN IVERS ITY