基于AT89S52的数字功率计系统设计及开发

2016-06-02佛山市顺德区胡宝星职业技术学校

电子世界 2016年9期

关键词：功率

佛山市顺德区胡宝星职业技术学校李妍

佛山市顺德区胡宝星职业技术学校李妍

【摘要】系统基于AT89S52单片机的数字功率计电路主要采用美国AD公司推出的高精度电能测量集成芯片ADE7755完成对电功率的准确测量。通过采用ADE7755对电功率参数的采样，后将数据传输给ATMEL公司的AT89S52芯片完成功率计算、电功率误差补偿、以及电量累计，并采用按键显示等人机操作界面为读取功率数据。系统程序采用模块化，更方便管理，为功率计的准确测量提供依据，具有较好的应用前景。

【关键词】ADE7755；AT89S52芯片；功率

1 前言

当代社会各种家用电器的拥有率及使用率逐年上升，变频技术也得到广泛应用，用电量也在大幅提升，能源供给不足的矛盾十分突出，所以我们应该知道家用电器的功率以便节约用电。

基于单片机功率计是众多电子仪表中最常用的，相对来说也是非常重要的智能化仪表之一。相比于电流和电压的测量，功率的测量略显困难和复杂，同时由于各种环境因素的影响，也会导致测量的精确度降低。想要实现功率的测量，电路结构必须要做到可以将两输入的电量进行相乘［1］。考虑到以上情况，本文中所设计的功率计能够很好的实现，并拥有很高的实用价值。

2 系统工作原理

本系统主要有功率计量电路和主控电路两部分组成。功率计量电路主要采用美国AD公司推出的高精度电能测量集成芯片ADE7755，主控电路主要是采用ATMEL公司的AT89S52 芯片，完成功率计算、电量累计、按键监测、显示以及实时时钟等操作。软件部分，主要采用C语言编程，使程序模块化，更方便系统管理。

本单片机功率计的原理是通过采集电压、电流信号，并把电流信号转化为电压信号并进行高通滤波，再传输给ADE7755电能计量芯片，在芯片内部进行AD采样，校正相位，经行乘法运算，再进行低通滤波把瞬时有功功率转变得到平均有功功率，经过数字——频率转换器，转换成脉冲信号输给单片机，用单片机驱动LCD1602液晶显示电路，读出电能和功率的值，并加以继电保护电路。

根据设计要求和设计思路，确定该系统的设计方案，如图1-1所示，此为设计硬件电路设计框图，该设计主要包信号采集系统、单片机、LCD液晶显示电路、电源电路及按键输入五部分。该设计采用八位单片机为控制核心，实现控制、显示等功能，整体框图如图2-1所示。

图2-1 系统的设计方案

3 系统硬件设计

（1）系统采用AT89S52单片机，具有低功耗、超低价，高速，高可靠行，高性能CMOS8位微控制器。8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容，片上Flash允许程序存储器在系统上编程，亦适于常规编程器［2］。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash ，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提高灵活、超有效的解决方案。

（2）ADE7755模块选择

它是一种高准确度电能测量芯片，支持频率50Hz/60Hz准确度要求，ADE7755技术指标超过IE1036规定的准确度的要求［3］。ADE7755只在ADC和基准源中使用模拟电路，所有其他信号处理（如相乘和滤波）都使用数字电路，这使得ADE7755在恶劣的环境下仍能保持极高的准确度和长期的稳定性。

ADE7755的引脚F1和F2以较低频率形式输出有功功率平均值，能直接驱动机电式计度器或微控制器（MCU）接口。引脚CF以较高频率形式输出有功功率瞬时值，用于效验与MCU接口。通道1内的HPF使相位超前，为了补偿这个相位差，使俩个通道间的相位平衡，在通道1内加有一个相位校正网络。这个相位校正网络使相位误差在45°～65°范围内不大于0.1%在40KHz——1KHz率范围内不大于0.2%。与单片机的链接如图3-1所示。

图3-1 ADE7755与单片机链接图

图3-2 LCD1602与单片机的链接图

（3）液晶显示电路模块设计

液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点，在袖珍式仪表低功耗应用系统中得到广泛的应用。目前字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件。LCD1602液晶显示模块每行显示16个字符，一共可以显示两行［4］。采用当+5V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比。LCD1602与单片机的链接如图3-2所示。

4 软件设计及系统分析

4.1 总体软件设计

首先，进行电能计量电路的初始化，如单片机的初始化、电能计量芯片ADE7755的初始化以及显示电路和远程通讯的初始化，再进行电能脉冲复位以及系统各参数的初始化，然后单片机AT89S52的中断系统进行是否有抄表命令的判断：有抄表命令就开始读取各项电能数据并计算出各项功率，然后把电能数据送出并进行LCD显示处理；没有抄表命令就等待直至命令的到来再向下执行。执行完每个步骤，最后返回到开始重新执行命令，总体软件设计流程如图4-1所示。

图4-1 主程序流程图

4.2 电量处理软件

电量处理模块是电能表系统中实现电能计量的程序，是实现其基本功能的程序，这部分程序也是电能表软件系统中最为关键的程序，其计量的正确性，可靠性及电量数据储存的正确性是关乎到整个系统的成败，关系到全局，因此这部分计量的算法要设计正确、合理。它包括 MCU上电对各电量值的恢复、对各电量脉冲的累计、对各电量小数整数累计、及对电量掉电保护等程序，在电量脉冲累计一定值是，电量小数加 1 事件发生，当电量小数累计一定值时，电量整数加 1 事件发生，执行电量整数累计程序。

4.3 系统分析

系统实现了对电功率的准确测量，能够用数字读数的方法直接读出用电器的功率，极大的方便用户。