基于AT89S52的數字功率計系統設計及開發

佛山市順德區胡寶星職業技術學校 李 妍

?

基于AT89S52的數字功率計系統設計及開發

佛山市順德區胡寶星職業技術學校 李 妍

【摘要】系統基于AT89S52單片機的數字功率計電路主要采用美國AD公司推出的高精度電能測量集成芯片ADE7755完成對電功率的準確測量。通過采用ADE7755對電功率參數的采樣，后將數據傳輸給ATMEL公司的AT89S52芯片完成功率計算、電功率誤差補償、以及電量累計，并采用按鍵顯示等人機操作界面為讀取功率數據。系統程序采用模塊化，更方便管理，為功率計的準確測量提供依據，具有較好的應用前景。

【關鍵詞】ADE7755；AT89S52芯片；功率

1 前言

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

基于單片機功率計是眾多電子儀表中最常用的，相對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量，功率的測量略顯困難和復雜，同時由于各種環境因素的影響，也會導致測量的精確度降低。想要實現功率的測量，電路結構必須要做到可以將兩輸入的電量進行相乘［1］。考慮到以上情況，本文中所設計的功率計能夠很好的實現，并擁有很高的實用價值。

2 系統工作原理

本系統主要有功率計量電路和主控電路兩部分組成。功率計量電路主要采用美國AD公司推出的高精度電能測量集成芯片ADE7755，主控電路主要是采用ATMEL公司的AT89S52 芯片，完成功率計算、電量累計、按鍵監測、顯示以及實時時鐘等操作。軟件部分，主要采用C語言編程，使程序模塊化，更方便系統管理。

本單片機功率計的原理是通過采集電壓、電流信號，并把電流信號轉化為電壓信號并進行高通濾波，再傳輸給ADE7755電能計量芯片，在芯片內部進行AD采樣，校正相位，經行乘法運算，再進行低通濾波把瞬時有功功率轉變得到平均有功功率，經過數字——頻率轉換器，轉換成脈沖信號輸給單片機，用單片機驅動LCD1602液晶顯示電路，讀出電能和功率的值，并加以繼電保護電路。

根據設計要求和設計思路，確定該系統的設計方案，如圖1-1所示，此為設計硬件電路設計框圖，該設計主要包信號采集系統、單片機、LCD液晶顯示電路、電源電路及按鍵輸入五部分。該設計采用八位單片機為控制核心，實現控制、顯示等功能，整體框圖如圖2-1所示。

圖2-1 系統的設計方案

3 系統硬件設計

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

（2）ADE7755模塊選擇

它是一種高準確度電能測量芯片，支持頻率50Hz/60Hz準確度要求，ADE7755技術指標超過IE1036規定的準確度的要求［3］。ADE7755只在ADC和基準源中使用模擬電路，所有其他信號處理（如相乘和濾波）都使用數字電路，這使得ADE7755在惡劣的環境下仍能保持極高的準確度和長期的穩定性。

ADE7755的引腳F1和F2以較低頻率形式輸出有功功率平均值，能直接驅動機電式計度器或微控制器（MCU）接口。引腳CF以較高頻率形式輸出有功功率瞬時值，用于效驗與MCU接口。通道1內的HPF使相位超前，為了補償這個相位差，使倆個通道間的相位平衡，在通道1內加有一個相位校正網絡。這個相位校正網絡使相位誤差在45°～65°范圍內不大于0.1%在40KHz——1KHz率范圍內不大于0.2%。與單片機的鏈接如圖3-1所示。

圖3-1 ADE7755與單片機鏈接圖

圖3-2 LCD1602與單片機的鏈接圖

（3）液晶顯示電路模塊設計

液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內容豐富、超薄輕巧等優點，在袖珍式儀表低功耗應用系統中得到廣泛的應用。目前字符型液晶顯示模塊已經是單片機應用設計中最常用的信息顯示器件。LCD1602液晶顯示模塊每行顯示16個字符，一共可以顯示兩行［4］。采用當+5V電源供電，外圍電路配置簡單，價格便宜，具有很高的性價比。LCD1602與單片機的鏈接如圖3-2所示。

4 軟件設計及系統分析

4.1 總體軟件設計

首先，進行電能計量電路的初始化，如單片機的初始化、電能計量芯片ADE7755的初始化以及顯示電路和遠程通訊的初始化，再進行電能脈沖復位以及系統各參數的初始化，然后單片機AT89S52的中斷系統進行是否有抄表命令的判斷：有抄表命令就開始讀取各項電能數據并計算出各項功率，然后把電能數據送出并進行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行。執行完每個步驟，最后返回到開始重新執行命令，總體軟件設計流程如圖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中實現電能計量的程序，是實現其基本功能的程序，這部分程序也是電能表軟件系統中最為關鍵的程序，其計量的正確性，可靠性及電量數據儲存的正確性是關乎到整個系統的成敗，關系到全局，因此這部分計量的算法要設計正確、合理。它包括 MCU上電對各電量值的恢復、對各電量脈沖的累計、對各電量小數整數累計、及對電量掉電保護等程序，在電量脈沖累計一定值是，電量小數加 1 事件發生，當電量小數累計一定值時，電量整數加 1 事件發生，執行電量整數累計程序。

4.3 系統分析

系統實現了對電功率的準確測量，能夠用數字讀數的方法直接讀出用電器的功率，極大的方便用戶。

5 結束語

采樣測量法，也稱作數字采樣測量法，英文簡稱DSM法，研究顯示其理論分析很難解DSM功率測量的儀器誤差［5］。因此，為實現數字化傳輸、存儲以及防止竊電等提供保障，本文從仿真研究將為解決DSM功率測量的儀器誤差提供新途徑，為實現數字化傳輸、存儲以及防止竊電等提供保障，具有較好的應用前景。

參考文獻

［1］伊元梅.基于51單片機的數字功率表設計［J］.微型機與應用，201 2，Vol.24，No.1﹕25-28.

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

［3］牛昱光.單片機原理與接口［M］.北京﹕電子工業版社，2008.2.

［4］張新強.點陣LCD驅動顯控原理與實踐［M］.北京航空航天大學出版社，2010.3.

［5］王學偉，周海波.電功率采樣測量技術及其發展概況［J］.電測與儀表，2002，39（1）.