佛山市順德區(qū)胡寶星職業(yè)技術(shù)學(xué)校 李 妍

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基于AT89S52的數(shù)字功率計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及開發(fā)

佛山市順德區(qū)胡寶星職業(yè)技術(shù)學(xué)校 李 妍

【摘要】系統(tǒng)基于AT89S52單片機(jī)的數(shù)字功率計(jì)電路主要采用美國(guó)AD公司推出的高精度電能測(cè)量集成芯片ADE7755完成對(duì)電功率的準(zhǔn)確測(cè)量。通過采用ADE7755對(duì)電功率參數(shù)的采樣，后將數(shù)據(jù)傳輸給ATMEL公司的AT89S52芯片完成功率計(jì)算、電功率誤差補(bǔ)償、以及電量累計(jì)，并采用按鍵顯示等人機(jī)操作界面為讀取功率數(shù)據(jù)。系統(tǒng)程序采用模塊化，更方便管理，為功率計(jì)的準(zhǔn)確測(cè)量提供依據(jù)，具有較好的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】ADE7755；AT89S52芯片；功率

1 前言

當(dāng)代社會(huì)各種家用電器的擁有率及使用率逐年上升，變頻技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用，用電量也在大幅提升，能源供給不足的矛盾十分突出，所以我們應(yīng)該知道家用電器的功率以便節(jié)約用電。

基于單片機(jī)功率計(jì)是眾多電子儀表中最常用的，相對(duì)來說也是非常重要的智能化儀表之一。相比于電流和電壓的測(cè)量，功率的測(cè)量略顯困難和復(fù)雜，同時(shí)由于各種環(huán)境因素的影響，也會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的精確度降低。想要實(shí)現(xiàn)功率的測(cè)量，電路結(jié)構(gòu)必須要做到可以將兩輸入的電量進(jìn)行相乘［1］?？紤]到以上情況，本文中所設(shè)計(jì)的功率計(jì)能夠很好的實(shí)現(xiàn)，并擁有很高的實(shí)用價(jià)值。

2 系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)主要有功率計(jì)量電路和主控電路兩部分組成。功率計(jì)量電路主要采用美國(guó)AD公司推出的高精度電能測(cè)量集成芯片ADE7755，主控電路主要是采用ATMEL公司的AT89S52 芯片，完成功率計(jì)算、電量累計(jì)、按鍵監(jiān)測(cè)、顯示以及實(shí)時(shí)時(shí)鐘等操作。軟件部分，主要采用C語言編程，使程序模塊化，更方便系統(tǒng)管理。

本單片機(jī)功率計(jì)的原理是通過采集電壓、電流信號(hào)，并把電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)并進(jìn)行高通濾波，再傳輸給ADE7755電能計(jì)量芯片，在芯片內(nèi)部進(jìn)行AD采樣，校正相位，經(jīng)行乘法運(yùn)算，再進(jìn)行低通濾波把瞬時(shí)有功功率轉(zhuǎn)變得到平均有功功率，經(jīng)過數(shù)字——頻率轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)輸給單片機(jī)，用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LCD1602液晶顯示電路，讀出電能和功率的值，并加以繼電保護(hù)電路。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)思路，確定該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，如圖1-1所示，此為設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)框圖，該設(shè)計(jì)主要包信號(hào)采集系統(tǒng)、單片機(jī)、LCD液晶顯示電路、電源電路及按鍵輸入五部分。該設(shè)計(jì)采用八位單片機(jī)為控制核心，實(shí)現(xiàn)控制、顯示等功能，整體框圖如圖2-1所示。

圖2-1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)，具有低功耗、超低價(jià)，高速，高可靠行，高性能CMOS8位微控制器。8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容，片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)上編程，亦適于常規(guī)編程器［2］。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash ，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提高靈活、超有效的解決方案。

（2）ADE7755模塊選擇

它是一種高準(zhǔn)確度電能測(cè)量芯片，支持頻率50Hz/60Hz準(zhǔn)確度要求，ADE7755技術(shù)指標(biāo)超過IE1036規(guī)定的準(zhǔn)確度的要求［3］。ADE7755只在ADC和基準(zhǔn)源中使用模擬電路，所有其他信號(hào)處理（如相乘和濾波）都使用數(shù)字電路，這使得ADE7755在惡劣的環(huán)境下仍能保持極高的準(zhǔn)確度和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。

ADE7755的引腳F1和F2以較低頻率形式輸出有功功率平均值，能直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電式計(jì)度器或微控制器（MCU）接口。引腳CF以較高頻率形式輸出有功功率瞬時(shí)值，用于效驗(yàn)與MCU接口。通道1內(nèi)的HPF使相位超前，為了補(bǔ)償這個(gè)相位差，使倆個(gè)通道間的相位平衡，在通道1內(nèi)加有一個(gè)相位校正網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)相位校正網(wǎng)絡(luò)使相位誤差在45°～65°范圍內(nèi)不大于0.1%在40KHz——1KHz率范圍內(nèi)不大于0.2%。與單片機(jī)的鏈接如圖3-1所示。

圖3-1 ADE7755與單片機(jī)鏈接圖

圖3-2 LCD1602與單片機(jī)的鏈接圖

（3）液晶顯示電路模塊設(shè)計(jì)

液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。目前字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件。LCD1602液晶顯示模塊每行顯示16個(gè)字符，一共可以顯示兩行［4］。采用當(dāng)+5V電源供電，外圍電路配置簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，具有很高的性價(jià)比。LCD1602與單片機(jī)的鏈接如圖3-2所示。

4 軟件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)分析

4.1 總體軟件設(shè)計(jì)

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)程通訊的初始化，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)AT89S52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，總體軟件設(shè)計(jì)流程如圖4-1所示。

圖4-1 主程序流程圖

4.2 電量處理軟件

電量處理模塊是電能表系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量的程序，是實(shí)現(xiàn)其基本功能的程序，這部分程序也是電能表軟件系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的程序，其計(jì)量的正確性，可靠性及電量數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的正確性是關(guān)乎到整個(gè)系統(tǒng)的成敗，關(guān)系到全局，因此這部分計(jì)量的算法要設(shè)計(jì)正確、合理。它包括 MCU上電對(duì)各電量值的恢復(fù)、對(duì)各電量脈沖的累計(jì)、對(duì)各電量小數(shù)整數(shù)累計(jì)、及對(duì)電量掉電保護(hù)等程序，在電量脈沖累計(jì)一定值是，電量小數(shù)加 1 事件發(fā)生，當(dāng)電量小數(shù)累計(jì)一定值時(shí)，電量整數(shù)加 1 事件發(fā)生，執(zhí)行電量整數(shù)累計(jì)程序。

4.3 系統(tǒng)分析

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電功率的準(zhǔn)確測(cè)量，能夠用數(shù)字讀數(shù)的方法直接讀出用電器的功率，極大的方便用戶。

5 結(jié)束語

采樣測(cè)量法，也稱作數(shù)字采樣測(cè)量法，英文簡(jiǎn)稱DSM法，研究顯示其理論分析很難解DSM功率測(cè)量的儀器誤差［5］。因此，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳輸、存儲(chǔ)以及防止竊電等提供保障，本文從仿真研究將為解決DSM功率測(cè)量的儀器誤差提供新途徑，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳輸、存儲(chǔ)以及防止竊電等提供保障，具有較好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

［1］伊元梅.基于51單片機(jī)的數(shù)字功率表設(shè)計(jì)［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，201 2，Vol.24，No.1﹕25-28.

［2］郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程——入門、提高、開發(fā)、拓展［M］.電子工業(yè)出版社，2009.1.

［3］牛昱光.單片機(jī)原理與接口［M］.北京﹕電子工業(yè)版社，2008.2.

［4］張新強(qiáng).點(diǎn)陣LCD驅(qū)動(dòng)顯控原理與實(shí)踐［M］.北京航空航天大學(xué)出版社，2010.3.

［5］王學(xué)偉，周海波.電功率采樣測(cè)量技術(shù)及其發(fā)展概況［J］.電測(cè)與儀表，2002，39（1）.