由于電力系統(tǒng)的改革以及對(duì)電能合理利用的探索，出現(xiàn)了各種電子式的電度表，打破了以往感應(yīng)式電度表一統(tǒng)天下的局面。電子式電度表具有功耗小。準(zhǔn)確度高。工作效率高等優(yōu)點(diǎn)。但是，現(xiàn)階段的電子式電度表從技術(shù)上來說還沒有完全成熟，存在線路復(fù)雜、系統(tǒng)不夠穩(wěn)定、適用場(chǎng)合有限等弊端。因此，本文針對(duì)家庭用戶設(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)單實(shí)用的單相電子式電能計(jì)量電路。此設(shè)計(jì)采用了精度高、穩(wěn)定性能好的電流、電壓霍爾傳感器來取代常用的電流、電壓互感器等等。
1.電能計(jì)量電路組成
電能計(jì)量電路如圖1所示，主要由檢測(cè)電路、電能計(jì)量芯片 ADE7755、單片機(jī) AT89C51.LCD顯示電路、存儲(chǔ)器，遠(yuǎn)程通訊接口以及電源部分組成，電路特點(diǎn)是在電能的采集部分加入了檢測(cè)環(huán)節(jié)，可以提高整個(gè)電路的精度與穩(wěn)定性。還采用了單片機(jī) AT89C51作為中央控制電路來控制電能的采集，計(jì)量以及向上位機(jī)的傳輸。電能顯示等工作。
圖1 電能計(jì)量電路原理圖
2.電能測(cè)量電路
電能測(cè)量電路如圖2所示，主要是由電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路和電能計(jì)量芯片ADE7755及其外圍電路組成。首先，負(fù)載電流經(jīng)過電流傳感器再通過濾波電路后轉(zhuǎn)換成合適的電壓信號(hào)送入到電能計(jì)量芯片ADE7755的電流通道，即VIP和VIN端：而220V相電壓則通過電壓傳感器降壓后，再通過濾波電路送入電能計(jì)量芯片ADE7755的電壓通道，即V2P和V2N端。二者經(jīng)過ADE7755轉(zhuǎn)換成有功功率以高頰脈沖形式從CF端輸出然后接入到單片機(jī)AT89C51的外部中斷信號(hào)輸入端，即單片機(jī)控制電路從ADE7755的CF端采集脈沖經(jīng)過處理后得到的數(shù)據(jù)送到LCD顯示電路進(jìn)行顯示，并通過遠(yuǎn)程通訊電路把數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)。
圖2 電能測(cè)量電路
電壓傳感器和電流傳感器均采用了霍爾傳感器，霍爾傳感器是利用半導(dǎo)體霍爾元件的霍爾效應(yīng)實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的一種傳感器，具有靈敏度高、線性度好、穩(wěn)定性好、體積小和耐高溫等特性。整個(gè)電能計(jì)量電路的控制系統(tǒng)是由單片機(jī)AT89C51來完成的，AT89C51控制著整個(gè)電能計(jì)量電路的正常運(yùn)行：監(jiān)控ADE7755的工作狀態(tài)，從ADE7755寄存器中讀取有功、無功、視在功率和電流，電壓值，輸出到數(shù)碼管顯示電路，保存數(shù)據(jù)到存儲(chǔ)器中以防止停電時(shí)數(shù)據(jù)的丟失，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤操作的響應(yīng)，以及處理與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通訊等。
3.軟件設(shè)計(jì)
電能計(jì)量電路的軟件流程圖如圖3所示。首先，進(jìn)行電能計(jì)量電路的初始化，如單片機(jī)的初始化、電能計(jì)量芯片ADE7755的初始化以及顯示電路和遠(yuǎn)程通訊的韌始化，再進(jìn)行電能脈沖復(fù)位以及系統(tǒng)各參數(shù)的初始化，然后單片機(jī)AT89C51的中斷系統(tǒng)進(jìn)行是否有抄表命令的判斷：有抄表命令就開始讀取各項(xiàng)電能數(shù)據(jù)并計(jì)算出各項(xiàng)功率，然后把電能數(shù)據(jù)送出并進(jìn)行LCD顯示處理;沒有抄表命令就等待直至命令的到來再向下執(zhí)行。執(zhí)行完每個(gè)步驟，最后返回到開始重新執(zhí)行命令。這是本單相電能計(jì)量電路的主流程圖。關(guān)于電能的計(jì)量主要是靠單片機(jī)的中斷系統(tǒng)來完成的，限于篇幅，不做詳細(xì)介紹。
圖3 軟件流程圖
4.試驗(yàn)情況
為驗(yàn)證該單相電能計(jì)量電路的性能，本文搭建了一個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了試驗(yàn)，并以常用的電風(fēng)扇作為測(cè)量對(duì)象。該試驗(yàn)平臺(tái)主要由穩(wěn)壓電源。電壓表，電流表和功率因數(shù)表等組成，具體電能計(jì)量試驗(yàn)平臺(tái)如圖4所示。
圖4 電能計(jì)量試驗(yàn)原理圖
其中穩(wěn)壓電源是為了保證試驗(yàn)電路的電壓穩(wěn)定在220V,電壓表。電流表及功率因數(shù)表用來測(cè)量電風(fēng)扇的實(shí)際功率，根據(jù)測(cè)量時(shí)間就可計(jì)算出電風(fēng)扇在該時(shí)間段內(nèi)的消耗電能，以此計(jì)算值與電能計(jì)量電路的測(cè)量值進(jìn)行比較。試驗(yàn)和計(jì)算數(shù)據(jù)如表1所示。
表1 試驗(yàn)和計(jì)算數(shù)據(jù)表
從表1可看出計(jì)算值與電能測(cè)量值之間雖然有一些誤差，但誤差比較小，均不超過1%。另外考慮到電壓表、電流表和功率因數(shù)表自身的消耗，電能測(cè)量值略大于計(jì)算值也是合理的，由此可以看出該電能計(jì)量電路的測(cè)量精度是比較高的。
結(jié)語
以上就是基于芯片ADE7755的單相電能計(jì)量電路設(shè)計(jì)介紹了。以專用計(jì)量芯片 ADE7755為核心，并結(jié)合AT89C51單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)出的電子式單相電能計(jì)量電路，具有線路簡(jiǎn)單、功耗低精確度高、抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好等一系列特點(diǎn)，且電路體積小，成本低，易于家庭用戶使用，因此該電能計(jì)量電路具有較好的應(yīng)用前景。
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