51单片机智能电能表的设计+电路图(3)

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数字式智能电表主要以单片机为核心，通过集成电路对电量进行测量，然后进行数据处理，使其可以直观的向用户进行展示，使电量的使用更加透明化，方便用户实时掌握，提高节约意识，实现低碳环保。

在未来的电网建设中，电表已经变得尤为重要，只有对电表进行不断地改良，使其更加的智能化，才能够节约我们的人力物力的成本，加快电网的建设，我们必须把这个问题放在心上，将研制出更好的电表作为我们前进的动力。

电表是人们生活中必需的一项电器，它完全可以通过单片机技术进行设计，在我们的日常生活中，单片机已应用的十分广泛，电子秤、交通灯、计价器.....我们正进入一个新的时代！

2 设计方案简述

本次设计基于51系列单片机是用CPU作为存储并且兼容处理数据的核心，而ADE7755电量计量模块则将数据传送给CPU进行处理，最终在LCD显示屏上面进行输出。

2.1系统总体设计思路

ADE7755芯片是一种进行数据采集，并将其转变为脉冲的集成电路。本设计利用ADE7755对电压、电流等进行测量，并根据其计算出电功率，以此作为电量测量的依据。

单片机通过电路与LCD1602相连，将测量到的数据进行输出显示，给人们更加直观的感受。为了防止断电丢失数据，我还采用了存储芯片24C02，通过其对数据的存储，方便了人们日常的生活使用，以应对各种突发的情况。

2.2电表整体设计的结构框图

该电表是利用ADE7755电量计量模块对其进行测量，并将功率经脉冲输出到单片机中，最后通过LCD进行显示，如下图2-1所示：

电表结构框图

其中，51单片机主要是起着控制作用，通过对数据的处理进行判断并计量。

3 各模块详细设计方案

3.1 ADE7755的原理及功能简介

3.1.1原理简介

芯片内部两个ADC对来自电流和电压传感器的电压信号进行数字化。ADE7755的模拟输入结构具有宽动态范围，大大简化了传感器接口（可以与传感器直接连接），也简化了抗混叠滤波器的设计。电流通道中的PGA进一步简化了传感器接口。电流通道中的HPF滤掉电流信号中的直流分量，从而消除了由于电压或者电流失调所造成的有功功率计算上的误差[4]。如图3-1所示：

ADE7755原理图

有功功率是从瞬时功率信号推导计算出来，瞬时功率信号是用电流和电压信号直接相乘得到的源`自·优尔"文'论:文'网,www.youerw.com，如上图3-1所示。为了得到有功功率分量（即直流分量），只要对瞬时功率信号进行低通滤波就行了。下图示出了瞬时有功功率如何通过对瞬时功率信号进行低通滤波来获取有功功率。这个过程中所有的信号处理都是由数字电路完成的，因此具有优良的温度和时间稳定性。

ADE7755的低频输出是通过对上述有功功率信息的累计产生，即在两个输出脉冲之间经过长时间的累加，因此输出频率正比于平均有功功率。当这个平均有功功率信息进一步被累加，就能获得电能计量信息。CF输出的频率较高，累加时间较短，因此CF的输出频率正比于瞬时有功功率，这对于在稳定负载条件下进行系统校验是很有用的[5]。

3.1.2功能简介

ADE7755是一种高准确度电能测量电路集成电路，主要用于单相电表系统，其技术指标超过了IEC1036规定的准确度要求。它只在ADC和基准电路中使用了模拟电路，其他的信号处理都由数字电路完成，这使得在恶劣的环境下仍然可以保持极高的准确度和长时间的稳定性，通过引脚F1、F2以低频形式输出有功功率的平均值，可以直接驱动机电式计数器，或者与微控制器接口，从引脚CF以高频形式输出有功功率的瞬时值，用于电能计量表的校准。从图3-2中，我们可以对其有一个了解。