智能電表自動化檢測關鍵技術研究

黃丹 國網重慶市電力公司營銷服務中心

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為基本原理制造而成。智能電表是信息時代的新產物，能夠進行測量、數據處理，而測量單元、數據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。我國生產的智能電表不僅可以滿足不同地區和國家的市場需求，而且還有價格優勢。與國外同類產品相比，中國智能電表具有完善、規范、分類單價和控制負荷的功能。因此，國產智能電表在世界市場具有良好的競爭力。隨著中國電網的智能化建設，對電表等電能計量裝置的要求也在不斷提高，對相關技術的研究要再接再厲。

二、智能電表自動化檢測系統的應用

（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備以及相關軟件構建的一種新型控制器。常用到的設備以及軟件有：微型電動機、傳輸電路、信號接收器以及相關控制軟件等。相比于傳統的控制器系統來說，新型控制器主要存在以下特點：反應靈敏、安全性能高、穩定性較強、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，不適合較為復雜操作簡單的程序。

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

（二）數字時鐘方案

數字時鐘是本設計的最重要的部分，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，并能夠以突發模式傳輸多個字節的時鐘和RAM 數據一時間實時時鐘可以提供年、月、日、周、小時、秒，每月可自動調整不到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：通過軟件來實現數字時鐘。該系統主要是通過單片機存儲當中的字節當中來連接單片機實現數據的現實，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。

基于設計精度的考慮，這里采用方案一完成數字時鐘的功能。

（三）基于單片機的智能電表檢測系統方案

本設計選用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，通過設置相應的電源備用方式來反應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，更加能滿足現代生活的需要。其中通過對電表的設計、開館時間的設置來進行對智能電表系統的調節。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計要求。如七部分電路組成：①將電源設為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按鍵用來調節時間和定時開關機。

三、系統硬件設計

（一）單片機設計方案

目前在單片機系統中，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 為內核，這個內核功能較為齊全，而且性能較為穩定，能夠通過單片機進行調試與編程。如常用的STC89C52單片機的工作原理是通過各種功能的輸入/輸出接口來控制設備執行各種指令，作為一種全新的技術手段，其設計的主要目的就是將復雜的操作要求和操作環境簡單化，并進行合理處理。根據應用范圍而言，PLC 控制器在工業生產及眾多領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 字節靜態RAM、三線接口、與CPU 同步通信，以及突發模式下的多字節時鐘信號和數據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。需要強調的是DS1302需要使用32.768 KHz 晶振。

（三）電能檢測系統的設計

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來表示，如2.5～10 A 脈沖數是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 的脈沖數計量如下：電量是220×2.5A×1h=0.55kW·h 電，脈沖數為：0.55×6400=3520 個脈沖數。

四、結束語

智能電能表自動檢定系統與傳統檢定系統相比有很多優點。既能滿足現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中的運行效果。從而提升計量精度，保護用戶和電力企業的利益。