基于单片机的数字电能表设计

基于单片机的数字电能表设计(任务书,开题报告,外文翻译,论文13000字)
摘要
现代化社会，能源是不可缺少的一部分。作为居民日常生活密不可分的电能更是为生活提供了巨大的便利。在2009年国家电网首次对社会公布“智能电网”的发展计划，智能电网从此逐渐走进日常生活。而随着智能电网的发展，现代生活对居民家庭计量电能的功能电表就提出了更加严谨的要求。目前为止，城市范围内的智能电表安装已经基本普及，但在部分农村偏远地区，仍然存在老式电表，需要电网工作人员进行上门抄表、收费等等人工操作，增加了非常多不必要的工作量。
而目前部分小城市的电表，其智能管理与安全性和保密性较难满足智能电网管理与建设的需要，因此研发预付费智能电能表就对智能电网的建造与发展具有重要意义。本次设计就此情况设计了以IC卡预付费功能为前提的数字电能表，实现了电卡计费，节省人工成本。本设计以单片机AT89C51为核心，电能计量芯片采用ADE7755，并设计了IC卡充值电费电路、时钟电路、存储电路、显示电路、电能计量电路等等功能电路。软件方面使用Keil C51软件进行C51编程与Proteus画的硬件电路相结合，并在进行适当的电路调整后，成功实现了Proteus电路仿真，论证了方案的正确性。

关键词：电能表；AT89C51；仿真；IC卡计费；ADE7755

Abstract
In modern society, energy is an indispensable part. The electrical energy that is in contact with the daily life of residents is a great convenience for life. In 2009, the State Grid announced the development plan of the “smart grid” to the public for the first time, and the smart grid gradually entered daily life. With the development of smart grids, modern life has put forward more stringent requirements for the functional meters of residential households measuring electrical energy. So far, smart meter installations in urban areas have been basically popularized. However, in some rural remote areas, there are still old-fashioned meters, which require grid staff to perform on-site meter reading, charging, and other manual operations, adding a lot of unnecessary workload. .
At present, in some small cities, the smart meters, smart management and security and confidentiality are difficult to meet the needs of smart grid management and construction, so the development of pre-paid smart energy meters is of great significance to the construction and development of smart grids. This design has designed a digital watt-hour meter based on the prepaid function of the IC card in this situation, which has realized the billing of the electric card and saved labor costs. The design of the microcontroller AT89C51 as the core, energy measurement chip using ADE7755, and designed the IC card recharge power billing circuit, clock circuit, storage circuit, display circuit, energy metering circuit and other functional circuits. The software uses Keil software to combine the C51 programming with the hardware circuit of the proteus drawing. After appropriate circuit adjustments, the Proteus circuit simulation is successfully implemented and the correctness of the program is demonstrated.

Key words:Energy Meter; AT89C51; Simulation; IC Card Charging; ADE7755

本文设计的主要内容
此预付费电能表是以标准的单相电子式电度表为基表改装而成，以单片机作为处理和控制系统的核心。使传统型电度表的功能得以更新。
在完成设计的同时努力实现电测仪表的主要技术要求有：准确度、稳定性、灵敏度与分辨率、可靠性阻尼时间、仪表的功率消耗、仪表过载能力[4]。居民用户可以从本地电力部门购买电费IC卡，使用IC卡将购买的电费充值给电能表。电能表内部的单片机芯片可以将新购买的电费与表内剩余的电费相加得出当前的剩余电费，把电费信息存储在EEPROM芯片中。电能表通过内部的电能计量芯片可以把用电电路的功率转换成与功率成一定比例关系的电脉冲信号，将此信号送单片机计数。在一定时间内的计数值的大小就可以得出用电量的多少，当用电量达到规定的一个计费单元，单片机内部计费一次，从剩余电费中扣除这段时间内所消费的电费，当电费达到临界点时报警，归零时断电。
此次毕业设计所设计出的基于单片机的数字电能表具有以下功能：
（1）预付费功能：通过IC卡充值的方式实现先买电后用电。
（2）数字显示功能：实时时间、剩余电费、累计用电量显示在显示屏上，随时可供查询。
（3）欠费警告功能：当剩余电费小于设定的警告门限（10元）时，点亮提示电费将尽的发光二极管和驱动提示用扬声器发出声音，提醒用户及时购电。
（4）中断开关功能：电能表内的剩余电费归零时，自动切断用电回路，防止继续计费。
（5）数据保护功能：防止突然停电而造成的的电量信息与电费信息丢失。
（6）防伪功能：可以实行一个电能表对应一张充值卡，购电IC卡采用具有加密逻辑的存储器卡，加上对应的软件算法和“动态”密码技术，可以有效地防止伪造充电卡等不良行为。
 

目录
第1章 绪论    1
1.1 当前国内电能计量装置情况    1
1.2老式电表存在问题    1
1.3研究意义    1
1.4 本文设计的主要内容    2
第2章 电能计量原理与芯片硬件电路设计    4
2.1电量计算理论与应用    4
2.2ADE7755原理基础    5
2.3 以ADE7755为核心的电能计量电路设计    8
2.3.1ADE7755外围元器件的选择    9
2.3.2ADE7755与单片机的接口    11
第3章 基于单片机的数字电表硬件原理图设计    12
3.1总体系统设计思路    12
3.2 硬件设计    13
3.2.1 单片机最小系统    13
3.2.2 时钟电路    15
3.2.3 显示电路    17
3.2.4 存储电路    20
3.2.5IC卡值模块    21
3.2.6 报警电路    22
3.2.7 用电控制电路    23
3.2.8 电源电路    23
3.2.9 键盘扫描电路    25
第4章 基于单片机的数字电表Proteus仿真设计    26
4.1 软件选择    26
4.2 数字电表仿真原理分析    26
4.3 仿真结果分析    28
4.3.1Ptoteus仿真电能表正常运行结果    28
4.3.2 电能表电费低于10元报警    29
4.3.3 时间设置模块    29
第5章 基于单片机的数字电表Keil C51软件设计    31
5.1软件设计总体结构    31
5.2程序设计    32
5.2.1 显示子程序的设计    32
5.2.2 时间数据读取子程序    32
5.2.3显示电量与电费子程序    33
5.2.4键盘扫描程序    34
5.2.5报警及中断子程序    35
总结    37
参考文献    38
附录A    39
附录B    42
致谢    64