智能電表自動(dòng)化檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究

黃丹 國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)中心

一、智能電表的概念

電表誕生于1880 年，最早的電表是以電磁感應(yīng)為基本原理制造而成。智能電表是信息時(shí)代的新產(chǎn)物，能夠進(jìn)行測(cè)量、數(shù)據(jù)處理，而測(cè)量單元、數(shù)據(jù)處理單元是其重要組成部分。在智能電表能通過(guò)各類(lèi)型的芯片來(lái)進(jìn)行電能的測(cè)量和信息計(jì)算、存儲(chǔ)，并且具有實(shí)時(shí)監(jiān)控功能和自動(dòng)控制等功能。計(jì)量功能是智能電表的最基本的功能，而它本身就是一個(gè)電子電表，并且它能夠通過(guò)端口與外部時(shí)鐘進(jìn)行通訊。

目前，智能電表主要分為電感式、電子式和智能型等幾種類(lèi)型。我國(guó)生產(chǎn)的智能電表不僅可以滿(mǎn)足不同地區(qū)和國(guó)家的市場(chǎng)需求，而且還有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比，中國(guó)智能電表具有完善、規(guī)范、分類(lèi)單價(jià)和控制負(fù)荷的功能。因此，國(guó)產(chǎn)智能電表在世界市場(chǎng)具有良好的競(jìng)爭(zhēng)力。隨著中國(guó)電網(wǎng)的智能化建設(shè)，對(duì)電表等電能計(jì)量裝置的要求也在不斷提高，對(duì)相關(guān)技術(shù)的研究要再接再厲。

二、智能電表自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

（一）單片機(jī)的方案選擇

方案一：51 系列單片機(jī)。51 單片機(jī)是一種基于繼電器控制并整合了其他一些設(shè)備以及相關(guān)軟件構(gòu)建的一種新型控制器。常用到的設(shè)備以及軟件有：微型電動(dòng)機(jī)、傳輸電路、信號(hào)接收器以及相關(guān)控制軟件等。相比于傳統(tǒng)的控制器系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，新型控制器主要存在以下特點(diǎn)：反應(yīng)靈敏、安全性能高、穩(wěn)定性較強(qiáng)、適用范圍廣以及維護(hù)性較容易等。

方案二：MSP430 單片機(jī)。MSP430 單片機(jī)主要是集成16 位功耗、精簡(jiǎn)指令，在單片機(jī)上具有各種驅(qū)動(dòng)功能，但是缺點(diǎn)也較為明顯，主要是操作時(shí)較為麻煩，不適合較為復(fù)雜操作簡(jiǎn)單的程序。

從以上方案來(lái)看，由于智能電表系統(tǒng)操作較為簡(jiǎn)單。所以，在電氣控制系統(tǒng)當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)選擇51 單片機(jī)為系統(tǒng)的單片機(jī)方案。

（二）數(shù)字時(shí)鐘方案

數(shù)字時(shí)鐘是本設(shè)計(jì)的最重要的部分，有2 種方案可以選擇。

方案一：本方案時(shí)鐘芯片DS1302。該芯片的消耗功能較低，且性能較高。能與微控制器同步通信，并能夠以突發(fā)模式傳輸多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘和RAM 數(shù)據(jù)一時(shí)間實(shí)時(shí)時(shí)鐘可以提供年、月、日、周、小時(shí)、秒，每月可自動(dòng)調(diào)整不到31d，并具有閏年補(bǔ)償。工作電壓為2.5～5.5V。它由雙電源供電（主電源和備用電源），或者可以使用備用電源進(jìn)行設(shè)置，該備用電源能夠以精細(xì)電流為備用電源充電。

方案二：通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘。該系統(tǒng)主要是通過(guò)單片機(jī)存儲(chǔ)當(dāng)中的字節(jié)當(dāng)中來(lái)連接單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)實(shí)，但是這種方案較為簡(jiǎn)單，在每次進(jìn)行計(jì)時(shí)都要清零才能進(jìn)行使用，所以該定時(shí)器的精度較低。

基于設(shè)計(jì)精度的考慮，這里采用方案一完成數(shù)字時(shí)鐘的功能。

（三）基于單片機(jī)的智能電表檢測(cè)系統(tǒng)方案

本設(shè)計(jì)選用ADE7755 制作電能檢測(cè)模塊。通過(guò)選擇兩個(gè)電源方案來(lái)進(jìn)行供電，其中包括主電源和備用電源，通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的電源備用方式來(lái)反應(yīng)該供電方式的充電能力，使其在斷電的情況下也能及時(shí)使用。同時(shí)采用LCD1602 液晶顯示，通過(guò)軟件編程可以完成更多的附加功能，對(duì)單片的利用率更高，更加能滿(mǎn)足現(xiàn)代生活的需要。其中通過(guò)對(duì)電表的設(shè)計(jì)、開(kāi)館時(shí)間的設(shè)置來(lái)進(jìn)行對(duì)智能電表系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。該智能電表主要包含7 個(gè)方面的功能：電源、時(shí)鐘模塊、電能模塊、單片機(jī)、LCD 顯示屏、鍵盤(pán)和繼電器電路即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。如七部分電路組成：①將電源設(shè)為5 V 直流電；②時(shí)鐘模塊采用DS1302；③電能檢測(cè)芯片采用ADE7755；④芯片采用單片機(jī)STC89C51；⑤顯示部分采用LCD1602 顯示屏來(lái)顯示；⑥繼電器電路由三極管和繼電器組成；⑦按鍵用來(lái)調(diào)節(jié)時(shí)間和定時(shí)開(kāi)關(guān)機(jī)。

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（一）單片機(jī)設(shè)計(jì)方案

目前在單片機(jī)系統(tǒng)中，主要選擇的是8XC5X 的微型芯片控制器。在該芯片當(dāng)中主要是采用MCS51 為內(nèi)核，這個(gè)內(nèi)核功能較為齊全，而且性能較為穩(wěn)定，能夠通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行調(diào)試與編程。如常用的STC89C52單片機(jī)的工作原理是通過(guò)各種功能的輸入/輸出接口來(lái)控制設(shè)備執(zhí)行各種指令，作為一種全新的技術(shù)手段，其設(shè)計(jì)的主要目的就是將復(fù)雜的操作要求和操作環(huán)境簡(jiǎn)單化，并進(jìn)行合理處理。根據(jù)應(yīng)用范圍而言，PLC 控制器在工業(yè)生產(chǎn)及眾多領(lǐng)域都得到了廣泛的運(yùn)用，功能強(qiáng)大且效率非常高。

（二）時(shí)鐘日歷芯片設(shè)計(jì)

DALLAS 公司DS1302 是一款高性能，低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷芯片，具有31 字節(jié)靜態(tài)RAM、三線(xiàn)接口、與CPU 同步通信，以及突發(fā)模式下的多字節(jié)時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)RAM。實(shí)時(shí)時(shí)鐘提供秒、分、小時(shí)、天、周、月份和年份，每月不到31d 可自動(dòng)調(diào)整，并具有閏年補(bǔ)償。2.5～5.5 V 寬工作電壓。雙電源（主電源和備用電源）提供備用電源充電模式，并提供備份充電電流的功能。有雙主用和備用電源引腳，由大電容備用電源（>1F）代替。需要強(qiáng)調(diào)的是DS1302需要使用32.768 KHz 晶振。

（三）電能檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

電量計(jì)量電路，作用是檢測(cè)IC 卡智能電表的用電量。這里測(cè)量用電量的傳感器選用ADE7755 單相電能計(jì)量模塊，它可以將用電量用模塊輸出多少個(gè)脈沖數(shù)來(lái)表示，如2.5～10 A 脈沖數(shù)是6400，也就是指示燈閃6400 下就一度電。當(dāng)電流是2.5 A，電壓是220 V，用電1h 的脈沖數(shù)計(jì)量如下：電量是220×2.5A×1h=0.55kW·h 電，脈沖數(shù)為：0.55×6400=3520 個(gè)脈沖數(shù)。

四、結(jié)束語(yǔ)

智能電能表自動(dòng)檢定系統(tǒng)與傳統(tǒng)檢定系統(tǒng)相比有很多優(yōu)點(diǎn)。既能滿(mǎn)足現(xiàn)有智能電能表的運(yùn)行模式，又能在一定程度上提高智能電能表在電網(wǎng)中的運(yùn)行效果。從而提升計(jì)量精度，保護(hù)用戶(hù)和電力企業(yè)的利益。