基于單片機的數字電能表設計

佛山市華材職業技術學校　于煥江

基于單片機的數字電能表設計

佛山市華材職業技術學校于煥江

本設計采用AT89S52單片機作為主控芯片，電能采集選用ADE7755芯片模塊，可以對家用220V單相交流電的用電器用電量進行采集，然后通過單片機對采集的數據進行計算，并傳送到液晶1602對用電量進行顯示。存儲芯片采用AT24C02，用于掉電后對計量的數據進行存儲以備恢復供電后可以繼續計量。該電能表經過測試具有響應速度快、電路簡單、顯示穩定清晰等諸多優點。

單片機；電能表；ADE7755；LCD1602

1.系統工作原理

本設計采用ADE7755芯片電能計量模塊作為220V單相交流電的電能采集。單片機通過采集ADE7755模塊輸出的信號，并通過程序算法進行計算和分析，計算出用電器的用電量，實時的顯示到液晶1602上。單片機將計算出的數據保存到存儲芯片AT24C02上，以保證出現斷電和恢復供電后可以繼續計量電能。本設計的系統結構框圖如圖1所示。

圖1　系統結構框圖

圖2　系統整體電路原理圖

2.系統硬件設計

2.1電量采集電路設計

本設計的核心是由ADE7755構成的電量采集電路，該電路的原理是將用電器的用電量以脈沖的形式輸出，單位時間內輸出的脈沖個數越多，說明用電器的用電量越大。ADE7755脈沖輸出與用電量的關系為每3200個脈沖代表用電器消耗1kWh。因此單片機只要采集ADE7755輸出的脈沖信號，經過計算，即可知道用電器的用電量。系統的整體電路原理圖如圖2所示。

2.2顯示電路設計

顯示電路采用通用的液晶LCD1602進行顯示，主要是以數字的形式直觀的將用電器的用電量顯示出來。LCD1602的8位并行數據口與單片機的P0口進行連接。RS、RW、EN控制端與單片機的P1.0-P1.2連接。其中3腳接10K的電位器用來調節LCD1602的對比度。

2.3存儲電路和清零電路設計

本設計具有掉電存儲功能，存儲芯片采用AT24C02。該芯片采用I2C總線的形式與單片機進行連接，其中SCL與單片機的P2.1腳連接，SDA與單片機的P2.2腳連接。單片機每計算完一次數據后，同時送到液晶顯示和AT24C02進行保存，以備系統斷電和恢復供電后，可以繼續計量電能。單片機的P2.4腳接有一個按鍵，用來對AT24C02保存的數據進行清零。

3.系統軟件設計

本設計的程序采用當前比較流行的C語言。編程的軟件采用常用的keil軟件。系統整體的程序采用模塊化的方式完成，方便調試和程序的編寫。

程序構成主要分為脈沖采集子程序、數據計算子程序、液晶顯示子程序、數據保存子程序，按鍵清零子程序。系統上電后單片機執行初始化程序，主要是對單片機自身的初始化、液晶顯示的初始化和AT24C02的初始化。初始化完成后首先讀取AT24C02保存的數據，并顯示在液晶上，然后開始實時讀取ADE7755輸出的脈沖信號，當有脈沖信號時，對脈沖進行累計，按照每3200個脈沖為1kWh的算法進行電量的計量，并送到液晶進行顯示和AT24C02進行保存。當清零按鍵按下后，清除AT24C02保存的數據，系統從0開始計量。本設計經過實際使用和長時間的連續運行工作，狀態穩定，計算結果準確，達到了設計要求。

4.結束語

經過對系統的仿真和軟硬件電路的設計，基于單片機的數字電能表設計成功完成。只要硬件電路連接正確，程序算法設計合理，電能表的功能就會符合設計的要求。經過測試驗證本設計結構簡單、性能穩定可靠、成本低，是一款非常有使用價值和推廣價值的產品。

［1］周正鼎.單片機應用與調試項目教程［M］.北京：機械工業出版社，2011.

［2］宗建華等.智能電能表［M］.中國電力出版社，2010.

［3］褚大華.電子式電能表［M］.中國電力出版社，2009.

于煥江（1987—），男，山東諸城人，大學本科，現供職于佛山市華材職業技術學校，主要從事電子技術、嵌入式技術等的教學和研究。