基于單片機智能電表控制技術的探究

王銀磊

【摘? ? 要】抄表技術是一個集電能表數據采集、傳輸、存儲、共享等功能于一體，以達到為客戶、電力企業的電費、計量等數據應用部門服務的自動化系統。本文以當前電能計量與抄表系統的發展背景為依據，提出了基于單片機的智能抄表系統的相關問題。

【關鍵詞】單片機? 智能電表? 控制技術

中圖分類號：G4? ? ? 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2018.13.020

一、引言

電能已經成為當今世界各國經濟和人民生活不可缺少的能源，現代化用電管理水平和自動智能化程度成為衡量一個國家和地區經濟發展水平的一個重要標志。電能表的出現把電廠發電、供電部門供電和用戶用電三個部門連成一個系統，電力生產的這種特點決定了三方之間的經濟利益。因此，只有精準和完善的電能計量系統才能夠實現三方利益的平衡，而完善的電能計量系統依賴于現代電子和計算機技術的進步。隨著我國電力系統的改革，電能計量系統不僅要實現它的基本功能，而且要滿足現代用電企業和用戶大規模用電對計量系統提出的更高要求，電能計量系統必須同時擁有使用便捷、遠程抄表和智能計量等功能。

二、智能電能表概述

智能電能表是由測量單元、數據處理單元、通信單元等組成，具有電能測量計量、信息存儲及處理、實時監測、自動化控制、信息交互等功能的電能表。智能電能表是世界范圍內主流國家及聯盟打造智能電網系統工程的一個重要環節，不僅具有電能表的最基本計量功能，還有先進的數據抄讀、設置功能，并具備具有實質性意義的互動功能。智能電能表不再是單純的作為電力供應部門回收電費、提高管理效率、方便客戶用電的一個工具，進而發展成供電部門與用戶互動的工具。對于供電部門，智能電能表將會變得更加準確，現場電能機各種狀態數據抄讀將會更加快捷，電能表將會具有更好的可維護性能;對于客戶，可以從智能電能表獲得快捷的、多途徑的相關電能信息，從而更合理的規劃能源消耗。不僅可以通過支付的方式從電網測消耗能量，還可以把自己的能源儲備向電網輸送，從而成為能源提供方，實現真正意義上的全民參與節能減排的目的。

三、智能電能表的硬件設計

1.單片機模塊。單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統。其大部分功能集成在一塊小芯片上，具有一個完整計算機所需要的大部分部件（CPU、內存、內部和外部總線系統），目前大部分還具有外存，同時集成諸如通信接口、定時器、實時時鐘等外圍設備?，F在最強大的單片機系統甚至可以將聲音、圖像、網絡、復雜的輸入輸出系統集成在一塊芯片上，朝著高集成度、精簡指令、高速高效、新體系結構、低功耗等方向發展。目前廣泛應用在過程控制、智能儀表、智能接口等工程和技術領域。微處理器的最大特點是單片化、體積小、功耗低、性價比高，廣泛應用于電子產品中，隨著大規模集成電路技術和半導體技術的發展，微處理器不斷產生新的變化和進步，品種更加齊全、功能更加強大、性能更加穩定。

AT89C52是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機提供許多較復雜系統控制應用場合。

2.外圍接口電路。一是時鐘電路，時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都以時鐘頻率為基準，單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL 1輸出端引腳為XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調電容，就構成一個穩定的自激振蕩器。單片機一般選擇振蕩頻率為6MHz或者12MHz的石英晶體。外部時鐘方式是在外部使用振蕩脈沖信號，外部的時鐘源直接接到XTAL2端，直接輸入到片內的時鐘發生器上。二是復位電路。AT89C52的復位是由外部的復位電路來實現的，復位引腳RST通過一個斯密特觸發器與復位電路相連，用斯密特觸發器來抑制噪聲。在每個機器周期，對斯密特觸發器的輸出電平復位電路采樣一次，得到內部復位操作所需要的信號。復位功能的主要作用是把PC初始化為OOOOH，使單片機從OOOOH開始執行程序，除系統的正常初始化功能外，當程序運行出錯或者操作錯誤時系統處于死鎖狀態，為擺脫死鎖狀態也需要按復位鍵重新啟動。

3.計量模塊。計量模塊是智能電表的重要組成部分，是終端傳感器，用于獲取電流、電壓及相關設備工況等各種實時信息，向CPU提供基礎數據。因而要求計量模塊計量精度高，運算速度快，終端計量部分由專門的計量芯片組成。三相多功能電能計量芯片71M6513是一種高精度的模擬前端（Analog Front End）電能計量IC，能夠為四象限三相計量提供測量值。該芯片包含了一個21位的Sigma-Delta A/D轉換器和一個6路輸入的模擬多路器、一個經過溫度補償的高精度基準電壓源以及一個計算引擎，具有精度高、動態范圍寬等特點。該模塊由互感器、采樣電路、高精度計量芯片等高精密器件組成。計量芯片根據采樣得到的數字信號進行相關運算，從而精確的獲得各種電能數據，如電流值、電壓值、功率、電能量等。

4.通信模塊。RS-485電纜采用普通雙絞線，在要求比較高的環境，可以采用帶屏蔽層的同軸電纜。在使用RS-485接口時，對于特定的傳輸線路，最大電纜長度與信號傳輸的波特率成反比，最大長度數據主要是受信號失真及噪聲等影響。理論上，RS-485的最長傳輸距離能達到1200m，但在實際應用中傳輸的距離要比1200m短，具體能傳輸多遠視周圍環境而定。在傳輸過程中可以采用增加中繼的方法對信號進行放大，最多可以加八個中繼，也就是說，理論上RS-485的最大傳輸距離可以達到9.6km。長距離傳輸時，可以采用光纖為傳輸介質，收發兩端各加一個光電轉換器，多模光纖的傳輸距離是5～10千米，而采用單模光纖可達50km。

四、結束語

隨著電力網絡的擴大和發展，對電力行業的自動化程度要求越來越高，智能電表等電子式計量裝置以及遠程集中抄表技術等應運而生，它為未來的智能電網發展和電力市場的形成奠定了有力的基礎。本課題在論述基本電量計量原理和計量技術后，主要進行了用于電能采集的智能式電能表的設計和用于通信的網絡設計;智能電能表功能設計包括電量計量、電壓監測、遠程費率、諧波監測、停電統計等軟件設計流程圖，智能式電能表的模塊化設計是本課題的設計重點。

參考文獻

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