论文总字数：24364字

摘 要

随着电子技术的飞速发展，微控制器和大规模集成电路广泛应用于电能计量领域，使得电子式电度表得到了充分的发展和广泛的应用。本文基于此，完成了家用数字电度表的硬件设计和软件设计。硬件设计包括：电能计量电路、显示电路、控制电路、电能存储器电路、掉电检测电路等几大模块的工作原理和电路设计。软件设计包括：主程序的设计流程图和掉电保护服务子程序、电能计量子程序、显示子程序的设计流程图。实现了预收费、显示、报警、断电和防作弊等功能。

关键词： AT89C52，预付费，电度表

Abstract: Along with the electron technology swift and violent development, the micro controller and the large scale integrated circuit in the electrical energy measurement domain widespread application, the electronic meter has been fully developed and widely applied. Based on this, the paper completes the hardware and software design of the numeral power meter. Hardware design includes: the working principle and the circuit designing of electric energy metering circuit , display circuit, control circuit, energy storage circuit and brownout detection circuit. Software design includes the design flow chart of the main program, brownout protection service subroutine, energy measurement subroutine and display subroutine. The paper implements the functions of pre-paid, display, alarm, power-off, prevent cheating and so on.

Key words : AT89C52, pre-paid, electric meter

目 录

1 前言 4

1.1 选题意义 4

1.2 研究现状 4

1.3 本设计的主要任务 4

2 数字电度表的整体设计 5

2.1 系统工作原理 5

2.2 电能计量系统方案设计 6

2.3 电能计量电路工作原理 7

2.4 电度表辅助功能实现原理 7

2.5 系统总体方案 7

3 数字电度表的硬件设计 8

3.1 硬件设计概述 8

3.2 电能计量电路的设计 9

3.3 基本电路的设计 10

3.4 显示电路的设计 12

3.5 电能存储器电路的设计 12

3.6 掉电检测电路的设计 13

4 数字电度表的软件设计 14

4.1 软件系统概述 14

4.2 主程序设计 14

4.3 掉电保护服务子程序 15

4.4 电能计量程序设计 16

4.5 显示子程序设计 16

5 数字电度表仿真 17

结论 18

参考文献 19

致谢 19

附录 20

1 前言

随着经济的发展，不管是城市居民还是农村居民的用电量都越来越大，供应电和收费问题成了电力供电系统的一项极其繁重的任务。需要挨家挨户手工抄表，既重复吃力又令人烦累。为解决这个问题，人们通过各种方法改进电度表，如通过接口连接的手提便携计算机读表和无线读表等装置。但这些装置都有各种各样不同的问题，如手提便携计算机读表需要人工接插通信接口，而且接口有时也会接触不良，此方法的读表过程与人工抄表几乎一样，还是得挨家挨户走访，劳动强度大。无线读表也存在着各种干扰，读数也可能不精准。一些地方采用了计算机网络自动读表抄表，其大大简化了挨家挨户抄表过程。这是家用电度表的发展方向，也是实现自动抄表和简化供电收费最实际有效的方法。但是，这种方法并非每个地区都有条件实现。因此在那些还没有用计算机网络进行供电监控和收费的地方，就更需要用一种既符合现实情况又能减少劳动力的实际有效收费方法。既能监视用电情况又能简化抄表过程并且便于收费的，IC卡电度表可以作为选择。

1.1 选题意义

随着电子信息技术的飞速发展，电能表逐渐向电子式、高精度、多功能、自动抄表等主流方向发展。未来几年里，电能表的这种发展趋势将会更加明显。随着城乡电网的改造，电工仪器仪表行业正在步入历史上快速发展的最好阶段。智能电表具有数据保护、断电提醒、负荷控制、防窃电、预付费等功能，其从计量到数据处理都采用的以集成电路为核心的电子器件，智能化电表不断发展将会最终取代传统的电表。因此研究本课题具有重要的实用意义。

1.2 研究现状

新型数字仪表主要有以下几个发展方向^[4]：

(1)不断地开发新产品、广泛地采用新技术。
(2)向模块化发展：新型的数字仪表正向着标准模块化发展，由标准化、通用化、系列化的模块所构成的数字仪表，方便了仪表电路的设计、安装、调试和维修。
(3)多重显示仪表：模拟式仪表具有便于观察被测量的变化趋势和变化过程的优点，而数字仪表具有准确度高的优点，多重显示仪表则兼具两者的优点。

1.3 本设计的主要任务

一般家用数字电度表的工作条件恶劣，必须要求电度表能具备高准确性、高可靠性，主要体现在：

（1）常年需持续不间断工作，要求高可靠性、高质量。

（2）电度表需要实现监控系统和电能计量信息之间数据的传输，能够确保电量信息直接快速被监控系统掌握，反馈信息能够及时准确地做出，用户可以通过电表了解电量剩余情况，做出是否购电，避免断电。

（3）目标是广大群众，因此要求成本要尽可能低，要求硬件电路尽可能简单、电能计量准确、精度高，所以电度表就必须做到低功耗、高可靠性。

本次设计的数字电度表在用电监视和收费方面所具有的功能和优点有如下几点：

（1）用户只需到专门的供电部门购买IC卡，插入电度表，即可实现计费供电；

（2）可适用于不同电价的计费；

（3) 能显示剩余电量和已用电量；

（4）在购电费为零时能控制电路断电，停止供电。

2 数字电度表的整体设计

本次设计的家用数字电度表有电能计量系统和预付费系统。电能测量、电能值显示、过载断电等功能由电能计量系统完成；而通过IC卡实现先付费再用电功能是由预付费系统完成。电能计量系统主要追求可靠性，预付费系统主要要求高安全性。

本设计家用数字电度表主要实现的功能有：

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