智能電表自動化檢測關(guān)鍵技術(shù)研究

黃丹 國網(wǎng)重慶市電力公司營銷服務(wù)中心

一、智能電表的概念

電表誕生于1880 年，最早的電表是以電磁感應(yīng)為基本原理制造而成。智能電表是信息時代的新產(chǎn)物，能夠進行測量、數(shù)據(jù)處理，而測量單元、數(shù)據(jù)處理單元是其重要組成部分。在智能電表能通過各類型的芯片來進行電能的測量和信息計算、存儲，并且具有實時監(jiān)控功能和自動控制等功能。計量功能是智能電表的最基本的功能，而它本身就是一個電子電表，并且它能夠通過端口與外部時鐘進行通訊。

目前，智能電表主要分為電感式、電子式和智能型等幾種類型。我國生產(chǎn)的智能電表不僅可以滿足不同地區(qū)和國家的市場需求，而且還有價格優(yōu)勢。與國外同類產(chǎn)品相比，中國智能電表具有完善、規(guī)范、分類單價和控制負荷的功能。因此，國產(chǎn)智能電表在世界市場具有良好的競爭力。隨著中國電網(wǎng)的智能化建設(shè)，對電表等電能計量裝置的要求也在不斷提高，對相關(guān)技術(shù)的研究要再接再厲。

二、智能電表自動化檢測系統(tǒng)的應(yīng)用

（一）單片機的方案選擇

方案一：51 系列單片機。51 單片機是一種基于繼電器控制并整合了其他一些設(shè)備以及相關(guān)軟件構(gòu)建的一種新型控制器。常用到的設(shè)備以及軟件有：微型電動機、傳輸電路、信號接收器以及相關(guān)控制軟件等。相比于傳統(tǒng)的控制器系統(tǒng)來說，新型控制器主要存在以下特點：反應(yīng)靈敏、安全性能高、穩(wěn)定性較強、適用范圍廣以及維護性較容易等。

方案二：MSP430 單片機。MSP430 單片機主要是集成16 位功耗、精簡指令，在單片機上具有各種驅(qū)動功能，但是缺點也較為明顯，主要是操作時較為麻煩，不適合較為復(fù)雜操作簡單的程序。

從以上方案來看，由于智能電表系統(tǒng)操作較為簡單。所以，在電氣控制系統(tǒng)當中，應(yīng)當選擇51 單片機為系統(tǒng)的單片機方案。

（二）數(shù)字時鐘方案

數(shù)字時鐘是本設(shè)計的最重要的部分，有2 種方案可以選擇。

方案一：本方案時鐘芯片DS1302。該芯片的消耗功能較低，且性能較高。能與微控制器同步通信，并能夠以突發(fā)模式傳輸多個字節(jié)的時鐘和RAM 數(shù)據(jù)一時間實時時鐘可以提供年、月、日、周、小時、秒，每月可自動調(diào)整不到31d，并具有閏年補償。工作電壓為2.5～5.5V。它由雙電源供電（主電源和備用電源），或者可以使用備用電源進行設(shè)置，該備用電源能夠以精細電流為備用電源充電。

方案二：通過軟件來實現(xiàn)數(shù)字時鐘。該系統(tǒng)主要是通過單片機存儲當中的字節(jié)當中來連接單片機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)實，但是這種方案較為簡單，在每次進行計時都要清零才能進行使用，所以該定時器的精度較低。

基于設(shè)計精度的考慮，這里采用方案一完成數(shù)字時鐘的功能。

（三）基于單片機的智能電表檢測系統(tǒng)方案

本設(shè)計選用ADE7755 制作電能檢測模塊。通過選擇兩個電源方案來進行供電，其中包括主電源和備用電源，通過設(shè)置相應(yīng)的電源備用方式來反應(yīng)該供電方式的充電能力，使其在斷電的情況下也能及時使用。同時采用LCD1602 液晶顯示，通過軟件編程可以完成更多的附加功能，對單片的利用率更高，更加能滿足現(xiàn)代生活的需要。其中通過對電表的設(shè)計、開館時間的設(shè)置來進行對智能電表系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。該智能電表主要包含7 個方面的功能：電源、時鐘模塊、電能模塊、單片機、LCD 顯示屏、鍵盤和繼電器電路即可滿足設(shè)計要求。如七部分電路組成：①將電源設(shè)為5 V 直流電；②時鐘模塊采用DS1302；③電能檢測芯片采用ADE7755；④芯片采用單片機STC89C51；⑤顯示部分采用LCD1602 顯示屏來顯示；⑥繼電器電路由三極管和繼電器組成；⑦按鍵用來調(diào)節(jié)時間和定時開關(guān)機。

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計

（一）單片機設(shè)計方案

目前在單片機系統(tǒng)中，主要選擇的是8XC5X 的微型芯片控制器。在該芯片當中主要是采用MCS51 為內(nèi)核，這個內(nèi)核功能較為齊全，而且性能較為穩(wěn)定，能夠通過單片機進行調(diào)試與編程。如常用的STC89C52單片機的工作原理是通過各種功能的輸入/輸出接口來控制設(shè)備執(zhí)行各種指令，作為一種全新的技術(shù)手段，其設(shè)計的主要目的就是將復(fù)雜的操作要求和操作環(huán)境簡單化，并進行合理處理。根據(jù)應(yīng)用范圍而言，PLC 控制器在工業(yè)生產(chǎn)及眾多領(lǐng)域都得到了廣泛的運用，功能強大且效率非常高。

（二）時鐘日歷芯片設(shè)計

DALLAS 公司DS1302 是一款高性能，低功耗實時時鐘日歷芯片，具有31 字節(jié)靜態(tài)RAM、三線接口、與CPU 同步通信，以及突發(fā)模式下的多字節(jié)時鐘信號和數(shù)據(jù)RAM。實時時鐘提供秒、分、小時、天、周、月份和年份，每月不到31d 可自動調(diào)整，并具有閏年補償。2.5～5.5 V 寬工作電壓。雙電源（主電源和備用電源）提供備用電源充電模式，并提供備份充電電流的功能。有雙主用和備用電源引腳，由大電容備用電源（>1F）代替。需要強調(diào)的是DS1302需要使用32.768 KHz 晶振。

（三）電能檢測系統(tǒng)的設(shè)計

電量計量電路，作用是檢測IC 卡智能電表的用電量。這里測量用電量的傳感器選用ADE7755 單相電能計量模塊，它可以將用電量用模塊輸出多少個脈沖數(shù)來表示，如2.5～10 A 脈沖數(shù)是6400，也就是指示燈閃6400 下就一度電。當電流是2.5 A，電壓是220 V，用電1h 的脈沖數(shù)計量如下：電量是220×2.5A×1h=0.55kW·h 電，脈沖數(shù)為：0.55×6400=3520 個脈沖數(shù)。

四、結(jié)束語

智能電能表自動檢定系統(tǒng)與傳統(tǒng)檢定系統(tǒng)相比有很多優(yōu)點。既能滿足現(xiàn)有智能電能表的運行模式，又能在一定程度上提高智能電能表在電網(wǎng)中的運行效果。從而提升計量精度，保護用戶和電力企業(yè)的利益。