基于71M6521的数字单相多功能电能表的设计
一款多功能数字电能计量表的实现
一款多功能数字电能计量表的实现
黄勇坚; 熊琦; 晏政
【期刊名称】《《湖南电力》》
【年(卷),期】2008(28)3
【摘要】在分析了CS5460A工作原理的基础上,设计了一款单相数字电能表。
它采用以AT89S52单片机为控制核心和带有串行接口的单相双向功率电能集成芯片CS5460A,能实现单相电量的检测、显示、存储和查询功能,具有高灵敏度、准确、防窃电等优点。
【总页数】4页(P21-23,27)
【作者】黄勇坚; 熊琦; 晏政
【作者单位】广东省汕头市供电局广东汕头515041; 湖南工程职业技术学院湖南长沙 410151; 湖南环境保护学院湖南长沙410151
【正文语种】中文
【中图分类】TM933.4
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1.一种新型无线电能计量表的设计与实现 [J], 付晓;沈永名;孙良凯;李健
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基于71M6513数字三相多功能表的设计
产品与应用基于71M6513数字三相多功能表的设计戚敏敏1王青青1孙桂萍2(I．杭申控股集团有限公司，杭州311234；2．杭州之江开关股份有限公司，杭州311234)摘要介绍了T ER I D I A N三相多功能电能计量芯片71M6513的基本功能和特点，在此基础上，设计计量精度高、工作稳定、成本相对较低的数字多功能表，实现对电能的计量(三相电流、电压，有功、无功功率)、电能脉冲的输出等功能，用于电力系统、工矿企业、公用设施、智能大厦的电力监控。
关键词：T D K；7IM6513；多功能表D es i gn of D i gi t al Si ngl e Phas eM ul t i-f unct i on M et er B as ed on71M6513O i M i nm i n W ang Q i ngqi ng Sun G ui pi ng2(1．H angs hen H ol d i ng G r oup Co．，Lt d，H a ngzhou311234；2．H angzhou Zhi j i ang Sw i t chgear St o ck C o．，L t d，H angz hou311234)A bs t r a ct T hi s paper f i r st l y i nt r oduces t he bas i c f unc t i on and fe at ur e of7M6513．O n t hef oundat i on，t o des i gn m ul t i-f unct i on m et er of hi gh—pre ci si on m eas ur em ent，w or k i ng st a bi l i t y，r el a t i ve l yl ow—c os t t han t o re al i z e t he pow e r of t he m easu r es(T hr e e—phase c ur re nt，vol t age，a c t i ve and re a ct i ve pow er)，t he out p ut of el ect r i c pul s es，and ot her f unc t i ons f or t he pow e r s ys t e m，i ndus t ri al and m i n i ng ent er pr i s es，ut i l i t i es，i nt el l i gent bui l di ng pow er m oni t or i ng．K ey w or ds：T D K；71M6513；m u l t i—f un ct i o n m et er引言71M6513足T D K公司推出的一。
基于MSP430FE425的单相多功能电能表设计
基于MSP430FE425的单相多功能电能表设计
张华彬;杨明玉;张玲玲
【期刊名称】《低压电器》
【年(卷),期】2014(000)003
【摘要】介绍了小型分布式电源并网模型及其电能计量特点.针对传统机械式、电子式电能表精度低、损耗大等缺点,设计了一款以MSP430FE425微处理器为核心的高精度单相智能电表.介绍了智能电表的硬件设计和主程序流程图.所设计电能表不仅能够精确计量电量参数,还可实现双向通信、预付费、需量计量、数据存储、防窃电和报警等功能.试验结果表明,该智能电表具有较高的计量精度,能够满足分布式电源并网对双向电能计量的功能需求,具有良好的发展应用前景.
【总页数】5页(P24-28)
【作者】张华彬;杨明玉;张玲玲
【作者单位】华北电力大学电力工程系,河北保定071003;华北电力大学电力工程系,河北保定071003;华北电力大学电力工程系,河北保定071003
【正文语种】中文
【中图分类】TM933.4
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基于单片机单相数字电功率表的设计设计
基于单片机单相数字电功率表的设计设计摘要本文主要讲述了基于单片机的单相数字电功率表的设计。
该单相数字功率表采用AT89C52单片机作为中央处理器，其间通过检测电压电流值，采用过零比较法利用单片机的定时器计算出相位角ϕ，最后依据ϕP=得出电网功率，最后UICOS将检测到的测量值显示在液晶显示器上。
另外本文介绍了其相关硬件电路和软件程序流程图，本设计主要包括下面几方面：交流信号数据采样与处理、模数转换、单片机应用与编程、液晶显示。
随着社会的发展，电子产品逐渐朝着数字化、信息化、自动化方向发展，本设计的数字功率表也逐渐取代了传统指针式模拟功率表，其具有抗干扰能力强、精度高、可扩展性强、集成方便等优点，具有良好的研究意义。
关键词：单片机数据采集过零比较液晶显示AbstractThis paper describes the design of single-phase digital electric power meter based on MCU.The single phase digital power meter using AT89C52 microcontroller as the central processor, which by detecting the voltage and current value, the zero crossing comparison method the use of single-chip timer to calculate the phase angleϕ, finally based on ϕP=the results of the power, the measurement of the detected value displayed on UICOSthe LCD monitor.This paper also introduces the related hardware circuit and software program flow chart, the design mainly includes the following aspects: sampling and processing, analog-to-digital conversion, application and programming, MCU LCD AC signal data.With the development of society, electronic products gradually towards digitization, informatization, automation development direction, the design of the digital power meter has gradually replaced the traditional analog pointer type power meter, it has advantages of strong anti-interference ability, high precision, strong expansibility, easy to be integrated, with good research significance.Keywords:microcontroller data acquisition more than zero liquid crystal display目录摘要 (I)Abstract ............................................................................ I I 第1章概述.. (1)1.1 设计背景与意义 (1)1.2 研究内容 (1)第2章系统方案设计 (2)2.1 系统基本思想 (2)2.2 系统功能要求 (2)2.3 系统框图 (3)2.4 设计方案及技术分析 (3)2.4.1 电压电流采集模块 (3)2.4.2 信号处理模块 (4)2.4.3 模数转换模块 (4)2.4.4 相位角测量模块 (4)第3章系统硬件分析 (5)3.1 电路测试系统的分析 (5)3.1.1 单片机最小系统简介 (5)3.1.2 数据存储器24C16 (5)3.2 系统的前向通道 (8)3.2.1 电压、电流采样的前置电路 (8)3.2.2 相位角测量的前置电路 (10)3.2.3 模数转换电路 (11)3.3 键盘电路 (15)3.4 液晶显示电路 (15)第4章系统软件设计 (18)4.1 Keil编程软件介绍 (18)4.2 程序设计 (18)4.2.1 系统的主程序设计 (18)4.2.2 初始化子程序的设计 (19)4.2.3 测量子程序 (21)4.2.4 液晶显示子程序 (26)4.2.5 键盘扫描子程序 (28)第5章系统调试过程 (30)5.1 Proteus软件应用 (30)5.2 电压、电流采集模块调试 (30)5.3 相位角测量模块调试 (31)5.4 液晶显示模块调试 (33)5.5系统调试 (33)第6章总结 (35)参考文献 (37)致谢 (38)附录A:原理图 (39)附录B：仿真图 (40)附录C：部分程序 (41)第1章概述1.1 设计背景与意义随着社会的发展，电能在人们的生活中无处不在，并以各种形式影响着人们的生活。
单相智能电能表设计
单相智能电能表设计近年来，智能电能表作为现代电力系统中的重要组成部分，逐渐受到人们的关注和重视。
单相智能电能表起到了电能计量和数据采集的作用，具备了遥程抄表、遥程控制、需量管理等功能。
本文将探讨单相智能电能表的设计原理和关键技术。
一、设计原理单相智能电能表的设计原理主要分为电能计量和通信采集两部分。
电能计量：智能电能表通过当前电流和电压的采样，经过一系列运算处理，得到有功功率、无功功率和视在功率等计量参数。
其中，有功功率通过乘积表算法得到，无功功率通过反相积分算法和功率因数得到，而视在功率则是有功功率和无功功率的矢量和。
通信采集：智能电能表通过内部集成的通信模块和遥程服务器进行数据传输。
通信模块可以选择有线通信或无线通信，有线通信主要包括RS485、Modbus等协议，无线通信则主要接受GPRS、NB-IoT等技术。
通过通信模块，智能电能表可以实现数据的遥程抄表、遥程控制、需量管理等功能。
二、关键技术1. 电流、电压采样技术：智能电能表需要对电流和电压进行采样，以得到准确的计量参数。
为了提高采样的精度，设计中常接受电流互感器和电压互感器，以降低对系统的干扰和安全隐患。
2. 运算处理技术：基于采样得到的电流、电压数据，通过一系列的运算处理，可以得到准确的有功功率、无功功率和视在功率等计量参数。
为了提高运算处理的速度和精度，可以接受DSP（Digital Signal Processor）等专用芯片进行计算。
3. 通信技术：通信模块是实现智能电能表遥程抄表、遥程控制、需量管理等功能的关键。
有线通信模块可选择RS485总线和Modbus协议进行数据传输，无线通信模块则可以选择GPRS、NB-IoT等技术进行数据传输。
通过通信模块，智能电能表可以与遥程服务器进行数据交互。
4. 数据安全技术：为了保证数据的安全性和防止黑客攻击，智能电能表需要在通信过程中加密数据、验证数据的完整性，并设置访问权限等措施，确保系统的稳定和可靠。
基于71M6513数字三相多功能表的设计
基于71M6513数字三相多功能表的设计
戚敏敏;王青青;孙桂萍
【期刊名称】《电气技术》
【年(卷),期】2008(000)011
【摘要】介绍了TERIDIAN三相多功能电能计量芯片71M6513的基本功能和特点,在此基础上,设计计量精度高、工作稳定、成本相对较低的数字多功能表,实现对电能的计量(三相电流、电压,有功、无功功率)、电能脉冲的输出等功能,用于电力系统、工矿企业、公用设施、智能大厦的电力监控.
【总页数】4页(P70-73)
【作者】戚敏敏;王青青;孙桂萍
【作者单位】杭申控股集团有限公司,杭州,311234;杭申控股集团有限公司,杭州,311234;杭州之江开关股份有限公司,杭州,311234
【正文语种】中文
【中图分类】TM7
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1.基于71M6513的三相多功能电能表设计 [J], 刘鹏;滕召胜;周良璋
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新型多功能单相智能电表研究与设计
新型多功能单相智能电表研究与设计作者：陈启健来源：《电子技术与软件工程》2017年第07期摘要电表发展的过程与信息技术发展有着密切的联系，目前我国每天用电量和耗电量都是极大的，因此需要使用与电网系统融为一体的电表，这样可以满足精准抄表和远程控制的要求。
因此，在原有电表的基础上进行设计，实现新型多功能单相智能电表的全面使用。
本文主要针对新型多功能单相智能电表的设计原理，软件设计，硬件设计抗干扰设计等内容进行详细的分析，从而为我国新型多功能智能电表的发展提供一点助力和帮助。
【关键词】新型多功能单相智能电表设计原理软件设计硬件设计抗干扰设计目前我国单向智能电表的应用逐渐在普及，作为电力系统的终端，不再独立于电网系统之外，而是利用电网数据传输系统，实现了远程操控，精准读数和抄数的功能，及时的交换数据信息，并且进行存储，保证数据记录的准确性。
因此，本文主要针对新型多功能单相智能电表的设计和研究进行分析，主要针对设计新型多功能单相智能电表的设计原理、软件设计、硬件设计以及系统的抗干扰的设计进行详细的分析，从而促进我国的新型多功能单相智能电表的发展。
1 新型多功能单相智能电表设计原理新型多功能单相智能电表的设计原理是依据测量原理进行设计的。
首先，测量原理主要是依据电表信号输入的方式的不同会产生一定的误差值，关系到信号的精准度，所以，需要选择精准的电力数据采样的方式。
信号输入方式有两种，分别是电阻采用和互感器。
而一般选择的采用方法为同步采样，或者是准同步采样，还可以选择非同步采样。
由于采样方法的定义可以了解到，同步采样是非同步采样的一种特殊采样方法，就是当非同步采样变化周期为零的时候，就会变为同步采样。
因此，新型多功能单相智能电表的数据采样一般采用的就是非同步采样定理，并且需要对电参数进行计算，从而平衡和控制影响新型多功能单相智能电表采样的因素，确保数据采集的真实有效性。
2 新型多功能单相智能电表硬件设计新型多功能单相智能电表硬件设计主要包括了四个部分，第一部分是信号采集计量模块，第二部分是MCU数据存储模块，第三部分是显示按键及报警模块，第四部分则是通信接口。
基于71M6513的三相多功能电能表设计的开题报告
基于71M6513的三相多功能电能表设计的开题报告1.项目背景三相多功能电能表是一种高精度、高可靠性的智能电能测量、计量和管理装置，可以实现电能检测、累积、时段峰谷管理、远程抄表等功能。
市场上的三相多功能电能表大多采用单片微处理器作为控制核心，但在性能、存储容量、运算速度等方面存在限制。
而基于ST公司的71M6513三相多功能电能表控制芯片，可进一步提高电能表的精度、稳定性和功能性。
2.项目目标本项目旨在设计和实现基于71M6513的三相多功能电能表，包括硬件和软件两个方面。
具体目标如下：（1）完成电能测量、计量、峰谷管理等基本功能的设计和实现；（2）具有多通道AD采集、DSP数字信号处理和LCD显示功能；（3）具有可扩展的通讯接口、远程升级等功能。
3.技术方案（1）硬件设计：本项目主要由三部分组成，即前端电路、控制核心和显示部分。
前端电路包括电压采样电路、电流采样电路和电源电路等；控制核心采用ST公司的71M6513三相多功能电能表控制芯片；显示部分采用LCD模块显示数据。
所有模块会在PCB板上进行布局和连接，形成完整的系统。
（2）软件设计：基于71M6513核心的软件设计包括实时系统和应用系统两部分。
实时系统主要包括时钟系统、中断系统、定时器系统和存储器系统等；应用系统主要包括ADC采样、计算、存储，数据传输，显示等功能。
4.实施计划（1）第一阶段（1个月）：熟悉电能表控制芯片的原理、功能和规格。
完成硬件设计基础工作，包括原理图设计、PCB设计、器件选择等。
（2）第二阶段（2个月）：完成电能表软件设计，包括实时系统和应用系统两部分。
实现基本的功能，如电能测量、计量、峰谷管理等。
（3）第三阶段（1个月）：完成电能表系统整合测试，包括功能测试、性能测试、稳定性和可靠性测试等。
并进行相关修复和优化。
5.预期成果本项目的预期成果包括硬件和软件两个部分。
硬件部分为基于71M6513的三相多功能电能表，具有高精度、高可靠性、多功能等特点；软件部分包括实时系统和应用系统，可实现电能测量、计量、峰谷管理、多通道AD采集、DSP数字信号处理、LCD显示等功能，并具有可扩展的通讯接口和远程升级等特点。
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戚敏敏(1983 ),男,助理工程师,研究方向为电力仪器仪表及电力通信。
基于71M 6521的数字单相多功能电能表的设计戚敏敏, 王青青(杭申控股集团,浙江杭州 311234)摘 要:介绍了单相多功能电能计量芯片71M 6521的基本功能和特点。
在此基础上,设计了计量精度高、工作稳定、成本相对较低的数字单相多功能电能表,以实现对三相电流、电压,有功、无功功率,电能脉冲的输出等的计量。
该数字单相多功能表可用于电力系统、工矿企业、智能大厦的电力监控。
关键词:计量;71M 6521;多功能电能表;单相;电力监控中图分类号:TM 931 文献标识码:B 文章编号:1001-5531(2008)20-0009-04D esign of D i gital Si ngle PhaseM ult-i FunctionE lectric Energy M eter Based on 71M 6521QI M inm in, WANG Q i n gqing(H angshen H o ldi n g Group ,H angzhou 311234,Ch i n a)A bstrac t :T he bas i c f unc ti on and feature o f sing le phase m ult-i f unc tion electr i c energy m easurem ent ch i p 71M 6521we re i ntroduced .The dig ital sing le phase mu lt-i functi on e l ec tric energy m eter o f h i gh -prec i sion m easure -m ent ,stab l e running ,re l a ti ve l y l owe r co st ,w as desi gned ,and the measure m ent o f three -phase current ,vo ltage ,acti ve and reactive power and t he output of e l ec tric pulse w ere rea lized .It cou l d be used f o r the po w er m on itor i ng o f the powe r system,i ndustria l and m ini ng enterpr ises ,i nte lli gent bu il d i ng .K ey words :m eas u re m en t ;71M 6521;mu lt-i function electric en ergy m eter ;si ngle phase ;po w er m on-i tor i ng王青青(1982 ),男,助理工程师,研究方向为电力仪器仪表与PLC 。
0 引 言传统的多功能电能表采用专门的电能计量芯片和微控制器结合的设计电路,两块芯片各自承当了一部分成本。
本文中的设计使用了计量+M PU 结合在一起的专门电能芯片,其成本相当于传统多功能电能表中的电能计量芯片,节省了微控制器的开销,而且使用了较少的外围电路,设计方便,比传统电能表成本更低。
1 71M 6521芯片功能介绍Ter i d ian 公司生产的71M 6521是一个高度集成的SOC (系统级芯片),包括MPU 内核、RTC 、F l a sh 和LCD 驱动器。
另外,该芯片还配备了1个22b it 的 - ADC 、4个模拟输入、数字温度补偿、精密参考电压和32b it 电能计算引擎,能够广泛地用于住宅电能表,而且只需要极少的外部元器件。
整个系统由32.768kH z 晶体提供时基。
系统电源掉电后RTC 及部分I /O RAM 的内容由电池备份。
该I C 支持2线、3线和4线单相及两相住宅计量以及窃电检测。
由于片内集成了两个UART 、I 2C / W ire 、多达18个数字I /O 引脚及可编程Flash ,该芯片具有较高的设计灵活性,可以在运行中对数据或者应用编码进行升级。
另外,它易于转换成ROM,在大规模应用时具有较高的成本优势。
2 硬件设计2.1 信号采集信号采集电路如图1所示。
对电压和电流的9现代建筑电气篇图1 信号采集采集分别采用了5mA /5mA 的电压互感器和5A /5mA 的电流互感器。
使用互感器能有效地与外部强电进行隔离,不足之处就是引进了额外的相位差。
5mA /5mA 的电压互感器输入端产生有效值为5mA 的电流时,输出端感应到有效值为5mA 的电流。
当电压互感器初级端输入有效值为220V 的交流电时,初级线圈端就产生电流:I UA =U AR 39(1)计算得I UA =1.47mA 。
查该芯片的数据手册得,引脚VA 和V3P3D 间的压差不能超过250mV,需要选择合适的采样电阻阻值。
该方案中选择了47 采样电阻R 40。
同理,5A /5mA 的电流互感器输入端输入有效值为5A 的电流时,输出端感应到有效值为5mA 的电流。
该方案选择了12 采样电阻R 42。
图1中VD8、VD9和VD10、VD11主要是来吸收电路中出现的高电平脉冲,保护芯片的模拟口。
R 41、C 18和R 43、C 19各自组成了各级的RC 低通滤波电路,截止频率f c 为f c =12 RC(2)把R =1k ,C =33nF 代入式(2),得f c =4823kH z 。
2.2 控制部分电路控制部分主要由71M 6521及外围电路(仿真接口、电压监测电路)以及外扩铁电组成,如图2、图3所示。
可以用示波器观察引脚T MUXOUT31来判断时钟是否正常。
外扩铁电可根据用户的不同要求保存系统参数等。
F M 24CL04是用先进的铁电技术制造的4KB图2 71M 6521连接电路图的非易失性铁电随机存储器。
FRAM 具有非易失性,并且可以像RAM 一样快速读写数据。
在掉电状态下,数据可以保存10a ,比E 2PROM 或其他非易失性存储器可靠性更高,系统更简单。
与E 2PROM 不同,F M 24CL04以总线速度进行写操作,没有任何延时。
数据送到FM 24CL0410图3 外围电路及外扩铁电后直接写到具体的单元地址,下一个操作立即执行。
F M24CL04可以无限次读写,写操作寿命比E2PROM高。
此外,FRAM在写操作中比E2PRO M 耗电少,因为其写操作不要求内部电路提高写操作电压。
2.3 显示、按键电路四位一体数码管结合发光二极管构成了显示界面,由于芯片I/O口的输出电流不能驱动发光管,因此用三极管9013进行扩流。
整个显示电路采用动态扫描,74HC595用作片选信号,软件设计了5m s扫描时间,74HC164用于数据传送。
对键盘的扫描使用了片选信号和KEY信号。
初始化时,KEY输出高电平,片选信号不断进行扫描,没有键按下时,KEY为高电平,当片选信号扫描到某个按键时,该按键按下,KEY就会被拉低,可以通过查询KEY电平或采用中断的方式,来判断哪个功能键被按下。
例如:KEY脚高电平,K4键按下,先扫描LED_CS1,该片选脚(LED_ CS1)为高电平,其他片选脚(LED_CS2、LED_ CS3、LED_CS4)为低电平,KEY脚电平不变,保持为高电平。
当扫描到LED_CS4时,根据电阻分压,KDI G12处的电压为1.1V,K4导通,KE Y脚被拉低,由此可以判断K4按下,调用相应的函数。
处理完毕后,再把KEY置高电平,等待下一次按键按下。
3 软件设计图4、图5所示是主要的软件设计流程图。
电能表软件采用C51编写,主要实现电能计量、图4主函数流程图(a)定时器0中断子函数(b)定时器1中断子函数图5 定时器中断子函数流程图显示、参数和电能的保存、电能脉冲的输出等基本功能。
I C内部的CE模块是一个专用的32b it数字信号处理器,用来执行准确计量电能所需的精确运算,因此在进行电能计量的过程中,只要读取相应寄存中的数值,并进行一定的处理,如乘以相应的变比。
在对铁电操作过程中,没有使用芯片11现代建筑电气篇内部自带的II C模块,而是通过使用I/O口进行模拟。
在软件的设计过程中,通过不断地发现问题、解决问题,使电能表功能越来越完善。
4 结 语该电表通过专用芯片实现全数字设计,具有电能计量的功能。
实际应用表明,该单相多功能电能表计量精度高、工作稳定、成本低,是用电系统中理想的用户用表,应用前景广阔。
同时,设计过程中的一些思路和方法,对其他电能表的设计也具有一定的参考价值。
参考文献[1] 马忠梅,张凯.单片机的C语言应用程序设计[M].3版.北京:北京航空航天大学出版社,2004.[2] 刘砚菊,张永良.多功能单相数字电能表的设计[J].沈阳理工大学学报,2006(8):28-31.[3] 赵文斌,刘音.基于ADE7753的单相多功能电能表设计[J].电测与仪表,2007(7):25-28.[4] T ER I D I AN公司.71M6521数据手册[G].收稿日期:2008-06-25(上接第4页)[3] 张萌,徐建,孙大有.无线接收机的系统结构[J].电路与系统学报,2001,6(1):99-102.[4] E lli e C ij vat,Shahrzad T ad j pour,A sad A.A b i d.i Spur-iousM i x i ng o f O f-f Channe l S i gna l s i n a W ire less R e-ce i v er and t he Cho ice of IF[J].IEEE T ransacti ons onC ircuits and Syste m,2002,49(8):538-545.[5] 凌聪,孙松庚.L og isti c映射跳频序列[J].电子学报,1997,25(10):79-81.[6] 王幸之,钟爱琴.AT89系列单片机原理与接口技术[M].北京:北京航空航天出版社,2004.收稿日期:2008-03-28(上接第8页)Person Agent、Equ i p m en t Agent和Adm i n A gent),建立了新型的MAS系统进行控制。
该设计具有以下优点:(1)Roo m A gent具有自学习能力,能够独立决策,可以最大程度地实现房间的舒适化目标;同时Roo m A gent设计为简单的变结构控制,可根据室内情况选择合适的模式,达到降低能耗的目的。
(2)Agent之间的基本关系是协作型的。