基于51单片机的智能电表设计文档格式.docx
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基于51单片机的智能电表设计文档格式.docx
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微处理器是智能电表的最主要的核心器件.它可以储存海量的检测数据,同时对测量出的结果进行分析、判断和处理。
本次设计是运用单片机STC89C52为微处理器、CS5460A芯片进行电能测量和计算、X5045芯片作为外部存储、数码管进行显示进行设计的。
关键词智能电表;
自动化;
C51单片机;
CS5460A
Abstract
Electricitymetermeansthenumberofpeopleeverydayelectricity,andnoweveryhouseholdisbasicallyequippedwiththekindofmeter,whichcanonlyshowthetotalamountofelectricity。
Toseethepowerconsumptionlastmonth,onlybyelectricitysinglecalculated。
Itisnowtheinformationage,andthisapproachisclearlynotsocialtrends.
Inrecentyears,thesocialpromotionoflow—carbon,greeneconomyandsustainabledevelopment,inthepromotionofthisidea,smartmeterwillbecomethetrendofthesociety。
Smartmeterisautomaticandintelligentfunctionisaddedonthebasisoftraditionalmeter,energyefficiencysoastofurtherimprovethepowergrid,improvepowersupplyreliability,powerqualityandperfectserviceoftheusers,inordertobetteradapttothepowermarket。
Nowthesmartgridisahottopicintheglobalpowersectorresearchanddiscussion,thesmartmeteristhemostimportantpartofsmartgrid,whichsupporttherealizationofgridinformationization,automationandinteractionof.
Themicroprocessoristhemostimportantcoredeviceofthesmartmeter..Itcanstorevastamountsofdetectiondataandanalyze,judgeandprocesstheresultsofthemeasurement.。
Thisdesignistheuseofsingle—chipmicrocomputerSTC89C52andCS5460Achipforpowermeasurementandcalculation,X5045chipastheexternalstorage,digitaltubedisplaydesign.
KeywordsSmartmeterAutomation51MCUS5460A
第1章绪论
1.1智能电表的概念
智能电表它是科技时代的新产物,它能够进行测量、数据处理,因此测量单元、数据处理单元是它的重要组成部分。
在智能电表这一系统中,它能通过各类型的芯片来进行电能的测量、计算、存储,并且具有实时监控功能和自动控制等功能.和传统的电能表相比.计量功能是智能电表的最基本的功能,而它本身就是一个电子式的电表,并且它能够通过端口与外部时钟进行通讯[1]。
微处理器(单片机)是智能电表的最主要的核心器件,没有了它,智能电表就不可以对大量的测量数据进行存储、分析、判断和处理等功能。
智能电表通常具有自动检测数据的功能、数据的强大处理功能、数据换算和自动调零功能、并且可以通过操作面板进行人机交流和显示装置。
本次设计的智能电表主要运用了微机和通信等两方面的技术,为了减少能耗,把采集数据和处理数据等功能运用芯片进行,这样既可以节省了成本以及人力资源,还可以增加其工作的效率,可以满足了现代的用电户的需求[2]。
1。
2智能电表的发展背景
现在,智能电表主要分为感应式、电子式和智能式等类型,而我国又是生产电能表数量较大的国家,并且我国生产的电能表接近或者基本达到发达国家的技术水平,并且我国生产的电能表能够满足不用地区和国家的市场需求,而且我们还有价格优势,因此我国的电能表在全球各市场上有很好的竞争水平。
随着我国电网的不断智能化,我们对电表之类的电能计量的器件的要求也不断提高,我国的电网科技和外国在科学技术水平上差距不是很大,与此同时它还是低碳经济的最主要组成部分,所以其发展前景是相当乐观的,和国外的同类产品相比,我国的智能电表的作用完善、有规律、分类式的单价电费和控制负荷等功能都比其他国家高,这更加能够满足我国在电网上现代化智能化建设过程中的需求。
目前,我国的用电户人数非常之多,根据2009年的统计,在年底就已经有2。
3亿的用电户记录在国家电网公司的服务系统中,按每户平均有4个人计算,就有10.4亿人口,这么庞大的数量,要在全国内推广智能电表看来绝非一件简单的是,它不仅需要庞大的资金,而且还需要大量的人力、物力以及很长的时间来进行.同时,智能电表的功能多样化和显示的数据种类多,可以给用户准备更多的用电服务,不过更换电表也是就要得到用电户的同意、体谅和包含,所以用户也要一个对智能电表进行一定的了解,因此我们就要动员社会各界的力量来对此进行有效的宣传[3]。
自从国家电网公司发布一系列的电网智能化改革的计划之后,有关电表和智能化、自动化的产业的发展面临前所未有的前景。
在未来智能电表发展的趋势可以分为以下几个方面:
(1)模块化
这样智能电表维修起来就会非常方便,就算是一个不懂它的人也可以对它进行简单的维护和修理,只要注意用电安全就行了,并且它具有安全可靠性;
(2)智能电表的多样化
它可以利用多功能控制元件来进行对智能家居的调控,比如说,我们可以控制空调的大型耗电设备在电费相对便宜阶段启动;
(3)计算机的实时控制
用电户可以通过计算机对智能电表的某些功能进行调控,从而对电表下所有的用电器实行能源管制。
3智能电表的结构
根据智能电表的介绍,不难看出,智能电表是由两大部分组成,它们分别是软件部分和硬件部分。
我们也可以说它是一个小型化的专用的计算机系统.
在硬件部分上,主要由微处理器(单片机)、信号的输入输出通道、标准的通信口、进行人机交换的通道以及外围的电路组成.信号的输入输出通道主要能够让模拟信号以及数字信号通过,从而与外部进行数据交换,输入输出通道主要包括传感器元器件、数模转换器、调理信号电路部分以及模数转换器。
微处理器和它的外围电路这部分主要是用来储存数据和程序的,并且在单片机里面能够对数据进行一定的运算和处理,这部分主要由数据寄存器和程序寄存器以及输入输出端口电路的部分组成的。
人机交换的通道顾名思义就是人与机器进行互相交流的重要通道,它通常包括键盘部分、数码拨盘部分、打印机部分、显示部分等部分构成的.标准的通讯接口很明显就是用来与计算机进行交流的端口,这些端口方便计算机对被控器件进行有效的控制。
在智能电表中,监测程序和端口管理程序这两部分就构成了其软件部分。
其中接口管理程序主要是面向通信接口,它的只要作用就是接受并且分析各种各样的程控码,主要包括各种操作方式的程控码、不同功能的程控码以及各种工作参数的程控码等等,以此同时各器件的实时工作状态以及不同测量数据的处理结果都会通过通信接口的输出仪器部分,以这种方法来响应计算机的远程控制指令。
而监测程序就实现对键盘模块和显示模块进行操作,它可以设定某一按键的功能并存储相应的工作参数和运行方式,它可以通过I/O口对数据进行采样并且设定好数据的类型等参数,还可以通过相应的指令对数据寄存器中的数据和状态进行不同的分析处理,最后,当数据处理完成后,它就可以以各种各样的形式对分析和处理的结果进行显示[4]。
1.4智能电表的主要特点
和机械时的电表进行对比,智能电表包含以下几个特征:
(1)精度高的测量智能电表能够很好的运用单片机对命令的执行的快速性以及数模转换花费时间短的特点,能够对要被测量的数据进行多次的测量,然后对每次测量的数据进行求平均值,这样就可以排除某些偶然的误差以及一些不确定的干扰,它还可以通过微处理器的滤波命令来进行数字滤波,从而排除一些随机误差以及大误差,用这些方法可以大大的提高测量的精度;
(2)能够进行间接的测量智能电表中的微处理器可以通过编程来进行各种计算,一些能以测量的数据可以通过几种容易测量的数据进行整合和计算来得到;
(3)可以进行自动校正智能电表会在刚上电时就会进行自动校正,而在测量的过程中对系统进行校正,可以减少误差;
(4)能够自动修正误差;
(5)具有自诊能力智能电表本身就具有故障诊断的功能,如果它发生了故障,就会启动自诊功能,就可以自己检查出系统哪里出问题;
(6)能够进行复杂的控制;
(7)可以通过程序来灵活改变功能;
(8)智能电表的通讯接口通常都是GPIB口或者是RS232口,而这些端口的功能就帮助智能电表进行远程操控.使其能够简单地与计算机或者其他不同仪器结合在一起,从而根据不同用户的不同需要对多种不同数据进行的自动检测,并通过系统的控制来完成[5]。
第2章主要芯片的介绍
2.1微控制器STC89C51单片机
2。
1.1简介
STC89C51单片机具有低电压、高性能的特点,它内部带有4K字节的快速寄存器,而他的处理器是8位的。
单片机的内部只读存储器中的数据可以重复擦除的次数达到1000多次,单片机的内部存储器主要采用一些高精度的并且不容易的丢失的材料和存储技术来制造的。
由于单片机内部已经包含多功能的8位处理器以及快速寄存器,所以STC89C51单片机也是一种高效率的微处理器[6].其引脚图如图2—1所示.
图2—1STC89C51的引脚图
2.1.2主要特性
(1)与MCS—51相兼容;
(2)4K字节的可编程FLASH寄存器;
(3)寿命:
可1000循环写/擦;
(4)数据保留时间:
10年;
(5)全静态的工作频率:
0Hz-24MHz;
(6)三个级别的程序寄存器锁定;
(7)128×
8位的内部RAM;
(8)32可编程的I/O线;
(9)两个是十六位的定时器或者说是计数器;
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