智能电表自动化检测关键技术研究

2021-01-17黄丹国网重庆市电力公司营销服务中心

环球市场 2021年24期

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一、智能电表的概念

电表诞生于1880 年，最早的电表是以电磁感应为基本原理制造而成。智能电表是信息时代的新产物，能够进行测量、数据处理，而测量单元、数据处理单元是其重要组成部分。在智能电表能通过各类型的芯片来进行电能的测量和信息计算、存储，并且具有实时监控功能和自动控制等功能。计量功能是智能电表的最基本的功能，而它本身就是一个电子电表，并且它能够通过端口与外部时钟进行通讯。

目前，智能电表主要分为电感式、电子式和智能型等几种类型。我国生产的智能电表不仅可以满足不同地区和国家的市场需求，而且还有价格优势。与国外同类产品相比，中国智能电表具有完善、规范、分类单价和控制负荷的功能。因此，国产智能电表在世界市场具有良好的竞争力。随着中国电网的智能化建设，对电表等电能计量装置的要求也在不断提高，对相关技术的研究要再接再厉。

二、智能电表自动化检测系统的应用

（一）单片机的方案选择

方案一：51 系列单片机。51 单片机是一种基于继电器控制并整合了其他一些设备以及相关软件构建的一种新型控制器。常用到的设备以及软件有：微型电动机、传输电路、信号接收器以及相关控制软件等。相比于传统的控制器系统来说，新型控制器主要存在以下特点：反应灵敏、安全性能高、稳定性较强、适用范围广以及维护性较容易等。

方案二：MSP430 单片机。MSP430 单片机主要是集成16 位功耗、精简指令，在单片机上具有各种驱动功能，但是缺点也较为明显，主要是操作时较为麻烦，不适合较为复杂操作简单的程序。

从以上方案来看，由于智能电表系统操作较为简单。所以，在电气控制系统当中，应当选择51 单片机为系统的单片机方案。

（二）数字时钟方案

数字时钟是本设计的最重要的部分，有2 种方案可以选择。

方案一：本方案时钟芯片DS1302。该芯片的消耗功能较低，且性能较高。能与微控制器同步通信，并能够以突发模式传输多个字节的时钟和RAM 数据一时间实时时钟可以提供年、月、日、周、小时、秒，每月可自动调整不到31d，并具有闰年补偿。工作电压为2.5～5.5V。它由双电源供电（主电源和备用电源），或者可以使用备用电源进行设置，该备用电源能够以精细电流为备用电源充电。

方案二：通过软件来实现数字时钟。该系统主要是通过单片机存储当中的字节当中来连接单片机实现数据的现实，但是这种方案较为简单，在每次进行计时都要清零才能进行使用，所以该定时器的精度较低。

基于设计精度的考虑，这里采用方案一完成数字时钟的功能。

（三）基于单片机的智能电表检测系统方案

本设计选用ADE7755 制作电能检测模块。通过选择两个电源方案来进行供电，其中包括主电源和备用电源，通过设置相应的电源备用方式来反应该供电方式的充电能力，使其在断电的情况下也能及时使用。同时采用LCD1602 液晶显示，通过软件编程可以完成更多的附加功能，对单片的利用率更高，更加能满足现代生活的需要。其中通过对电表的设计、开馆时间的设置来进行对智能电表系统的调节。该智能电表主要包含7 个方面的功能：电源、时钟模块、电能模块、单片机、LCD 显示屏、键盘和继电器电路即可满足设计要求。如七部分电路组成：①将电源设为5 V 直流电；②时钟模块采用DS1302；③电能检测芯片采用ADE7755；④芯片采用单片机STC89C51；⑤显示部分采用LCD1602 显示屏来显示；⑥继电器电路由三极管和继电器组成；⑦按键用来调节时间和定时开关机。

三、系统硬件设计

（一）单片机设计方案

目前在单片机系统中，主要选择的是8XC5X 的微型芯片控制器。在该芯片当中主要是采用MCS51 为内核，这个内核功能较为齐全，而且性能较为稳定，能够通过单片机进行调试与编程。如常用的STC89C52单片机的工作原理是通过各种功能的输入/输出接口来控制设备执行各种指令，作为一种全新的技术手段，其设计的主要目的就是将复杂的操作要求和操作环境简单化，并进行合理处理。根据应用范围而言，PLC 控制器在工业生产及众多领域都得到了广泛的运用，功能强大且效率非常高。

（二）时钟日历芯片设计

DALLAS 公司DS1302 是一款高性能，低功耗实时时钟日历芯片，具有31 字节静态RAM、三线接口、与CPU 同步通信，以及突发模式下的多字节时钟信号和数据RAM。实时时钟提供秒、分、小时、天、周、月份和年份，每月不到31d 可自动调整，并具有闰年补偿。2.5～5.5 V 宽工作电压。双电源（主电源和备用电源）提供备用电源充电模式，并提供备份充电电流的功能。有双主用和备用电源引脚，由大电容备用电源（>1F）代替。需要强调的是DS1302需要使用32.768 KHz 晶振。

（三）电能检测系统的设计

电量计量电路，作用是检测IC 卡智能电表的用电量。这里测量用电量的传感器选用ADE7755 单相电能计量模块，它可以将用电量用模块输出多少个脉冲数来表示，如2.5～10 A 脉冲数是6400，也就是指示灯闪6400 下就一度电。当电流是2.5 A，电压是220 V，用电1h 的脉冲数计量如下：电量是220×2.5A×1h=0.55kW·h 电，脉冲数为：0.55×6400=3520 个脉冲数。