本低，灵敏度高。有更强的通信和测量能力，还对环境保护起到重要的作用。 我国对于智能电能表的研究时间还尚短，但是最几年通过学习吸取国外的先进技术，

智能电力系统也越来越完善。20 世纪 50 年代，我国研制的智能电能表主要为感应式交流 电表，此电能表寿命长，兼容性好，且成本低。但是它也有很多缺点，比如精确度低，频 率范围小，受磁场影响大，不久便被淘汰。

目前我国的智能电能表的研究前途还很宽广，这些智能电能表可以解决一些多功能电 能表所解决不了的问题。随着我国经济发展，一般的计量电能表和抄表已经无法跟上时代 的发展，所以我国对于智能电能表的研究还需要朝着更加精确更加智能的方向发展探索。 国外研究智能电能表比国内早了很多，所以技术方面也是领先于国内的，目前国外发 达国家研制的智能电能表可以达到低成本、高精确度、高灵敏度、高速率等。国外研究虽 然很早，但是所研制的智能电力产品的技术并不准确，0~360°计量、电能计量等问题还 没有彻底解决，还需进一步研究。目前国际上并没有完整准确的标准，各种数据丢失、检

测错误的情况一直存在，国外智能电网技术想要完善还要走很长的路。

2 家用电能表设计方案

2。1 电能计量原理

电能表的信号输入方法分为采样电阻和互感器。采样电阻是对电流和电压进行采样， 采样电流时串联一个阻值很小的电阻，采样电压时并联一个阻值很大的电阻。互感器则可 以将高电压变为低电压，大电流变为小电流。采样信号的误差大小直接关系到计量精度。 常见的电力参数采样方法可分为:同步采样,准同步采样和非同步采样等。本设计考虑到传 感器精度等级不高，从误差分配角度来看，选用非同步采样方式。

非同步采样法又叫定时采样，假定采样周期 Ts 或采样频率 fs 保持固定不变。采样频 率 fs 不随模拟输入信号的基波频率的变化而变化。非同步采样的精度比同步采样的精度 低，但是非同步采样很容易实现，硬件成本低，实际情况更接近理论精度。

图 2。1 非同步采样图形

当 u(t)过零时，从角度α开始，对信号 u(t)，i(t)进行采样，采样周期与最近的信 号周期有采样截断角，且当β为固定值时，一个周期内的采样点数会随着信号频率变化而 变化。

交流电流和电压的瞬时值采集完成后，即可进行计算，得出各参数的值。 电压有效值为：文献综述

电流有效值为：

瞬时有功功率为：

正弦波信号的电压有效值为：

电流有效值：有功功率：视在功率：

非正弦信号的电压有效值为：

功率因数为：

2。2 硬件设计方案

本文设计电能表硬件设计要求为可靠性高，成本低。选择的器件要成本低且功耗低。 采用模块设计，包括计量模块设计，储存模块设计，显示模块设计，通信模块设计。使电 网能够更好地掌握即时信息，方便了家庭用户用电收费，人工抄表等问题。设计框图如下 所示：

图 2。2 电能表设计框图

系统采用 51 单片机作为控制模块的核心，计量模块采用 RN8209 芯片进行计量。通过 单片机与 RN8209 的连接，完成了参数采集，数据运算，信息存储和传输等功能。利用 SPI 总线和其他设备相连，减少了功耗。通讯方面采用 RS485，更加快速地传递数据，还可以 远程控制系统，代替人工抄表计费。

2。3 软件设计方案

简单方便的电能表更能满足用户的需求，为了设计出这样的智能电能表，需对其进行 软件方面的设计。电能表的作用很简单，包括测量用电量，数据传输和电能计费。而且所 设计的电能表必须要达到很高的准确度和精度，且成本要低。具体要求如下：来*自~优|尔^论:文+网www.youerw.com +QQ752018766*