摘 要

电能表是所有的用电单位或者个人所必须的一种电气件，实现了用电用户电能的准确计算。在电力广泛运用的今天，电能表的重要性也越来越大了，而且电能表作为连接用户与电力公司之间的桥梁，让电能更好的发挥其作用。不过在科学技术不断进步的今天，传统的电能表已经不能满足人们现在的使用需求。

本文采用STM32F103RC型号的单片机作为主控芯片，实现了数字电能表的智能化设计。整体设计思路当中以模块设计为主体进行电表模块各个部分的设计。其主要组成部分包括：中央控制模块、电源模块、EEPROM存储模块、电信号采集模块、LCD段码显示模块、按键输入模块和RS485通讯接口模块。软件设计方面使用的是MDK进行主要程序的编译，实现了软件电路的设计。

本文在最后阶段进行了数字智能电表的运行与测试，将测试的数据进行收集与处理。最终通过分析发现，数字智能电能表能够实现设计当中的功能，因此本次设计是比较成功的。

关键词：电能表；STM32F103；段码LCD；RS485

Abstract

An electric energy meter is an electrical unit that is required by all the electrical units or individuals, and realizes the accurate calculation of the electric power of the user. Today, is widely used in electric power, the importance of watt-hour meter is becoming more and more big, and watt-hour meter as a bridge between the connected user and power company, let the electricity better play its role. But today, as science and technology advances, traditional electricity meters are no longer enough to meet the needs of people today.

This paper adopts STM32F103RC single-chip microcomputer as the main control chip, and realizes the intelligent design of digital energy meter. The design of the module is designed by modular design. Its main components include: block central control module, power module, EEPROM storage module, signal acquisition module, LCD segment code display module, key input module and RS485 communication interface module. The software design aspect USES MDK to compile the main program and implements the design of the software circuit.

In this paper, the performance and testing of digital smart meters are carried out in the final stage, and the data is collected and processed. Finally, the analysis found that the digital smart meter can realize the function of the design, so this design is more successful.

Key words: Power Meter; STM32F103; segment LCD；RS485

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景及内容 1

1.1.1研究背景 1

1.1.2研究内容 1

1.2 智能数字电能表的现状 1

1.2.1智能数字电能表的概念 1

1.2.2智能数字电能表的发展现状 1

1.3智能数字电能表的发展前景 2

1.4智能数字电能表存在的问题 2

1.5本文主要研究内容 3

第2章 智能数字电能表硬件设计 4

2.1整体方案设计 4

2.2 主控芯片的选择 4

2.2.1 STM32F芯片简介 5

2.2.2 STM32F芯片优势 5

2.3 硬件电路设计 6

2.3.1 主控电路设计 6

2.3.2 采样电路设计 9

2.3.3 按键显示电路设计 11

2.3.4 RS485通讯电路设计 12

2.3.5 存储电路设计 13

2.4 本章小结 14

第3章 智能数字电能表软件设计 15

3.1 软件设计 15

3.1.1 软件开发平台MDK 15

3.1.2 软件设计流程 15

3.2 主程序设计 16

3.3 初始化子程序设计 17

3.4 采样程序设计 19

3.5 计量程序设计 20

3.5.1 计量算法的介绍 20

3.5.2 ADC数据转换原理 21

3.5.3 计量算法程序设计 22

3.6 显示程序设计 23

3.7 按键处理程序设计 24

3.8 本章小结 25

第4章 系统测试及实验 26

4.1 采样电路模块测试 26

4.1.1 采样电路仿真测试 26

4.1.2 采样电路测试 28

4.2 ADC模块调试 29

4.3 显示模块调试 29

4.4 本章小结 30

第5章 总结与展望 31

5.1 工作总结 31

5.2 展望 31

参考文献 33

附录A：硬件设计原理图与PCB图 35

致 谢 42

第1章 绪论

1.1研究背景及内容

1.1.1研究背景

随着社会的不断发展，电能行业在逐渐发展，目前，我国的电力系统已经发展成为影响我国老百姓日常生活的重要内容，电表作为一种测量工具，在发展中对老百姓的生产生活方面产生了十分重要的影响。同时，具有高准确程度的智能数字电能表的应用,是顺应时代发展的重大内容，因为它可以带动仪器业的发展，经济价值十分巨大。并且，电表的研制功能强大和国家一直倡导的“资源节约型”的社会目标十分吻合。

1.1.2研究内容

文章主要是从实际的需要出发，研究出了一种新的智能数字电能表，第一，一定要先知道电能表的工作原理，这样就可以发现智能电表的优势和劣势，在分析了上面的内容之后，对文章的选题需要完成的任务，在可行性方面进行了分析，然后从整体上制定了方案。

需要结合模块化的设计内容，对所有设计方案进行分析，包含主控模块和显示模块，在设计的最后对不同的板子进行整合，加强各个部分之间的联系，完成所有课题的硬件内容设计。同时，要对软件内容进行深入研究，可以采用模块化的思维，制定不同模块的软件程序，增加相应模块的功能。然后，对软硬件设计内容进行不同的测试，如果看到问题，一定要及时解决问题，以此来实现软件的程序设计内容的完善，在文章的最后逐渐完成所有课题的设计内容。

1.2 智能数字电能表的现状

1.2.1智能数字电能表的概念

电能表是记录电量消耗多少的仪器。而面对激烈的市场环境，电表要想有自己立身资本，就需要不断对产品的性能逐渐改善，为了不断满足用户的需要，智能数字电表在这样的环境之下应运而生。从研究价值上看，智能电表是指除了有电压和电流等的测量信息之外，还有分时和通讯的功能。

1.2.2智能数字电能表的发展现状

我国的智能数字电能表的发展时间很晚，最近几年实现了质的飞速发展，有了很大进步，并且，因为我国幅员辽阔，经济发展的不同区域有着很大的差距，使得智能电能表在先进地区普及的很广，在经济欠发达地区，没有大量使用。并且，在一些落后地区，还在使用单一的需要人工来记录电量的电表，这样的记录方式工作量很大，并且工作效率不高，浪费了人力，同时，受自然环境的影响，工作十分艰苦。这样的环境需要普及和使用智能数字电表，为此，电表的生产企业需要从实际情况出发，不断发展和提高更加实用的智能数字电能表，不断增加它在各个地区，尤其是经济欠发达地区的使用力度。

1.3智能数字电能表的发展前景

电子技术的不断发展，增强了信息通讯等技术的发展。同时，科学技术在满足了电力用户很多需求之后，也提高了电能仪表的准确程度，这样的环境就要求电能表在精度方面实现更多的改进。并且，将来的智能数字电能表的发展方向是实现数据的高精度化。