基于单片机的数字电能表设计

佛山市华材职业技术学校　于焕江

基于单片机的数字电能表设计

佛山市华材职业技术学校于焕江

本设计采用AT89S52单片机作为主控芯片，电能采集选用ADE7755芯片模块，可以对家用220V单相交流电的用电器用电量进行采集，然后通过单片机对采集的数据进行计算，并传送到液晶1602对用电量进行显示。存储芯片采用AT24C02，用于掉电后对计量的数据进行存储以备恢复供电后可以继续计量。该电能表经过测试具有响应速度快、电路简单、显示稳定清晰等诸多优点。

单片机；电能表；ADE7755；LCD1602

1.系统工作原理

本设计采用ADE7755芯片电能计量模块作为220V单相交流电的电能采集。单片机通过采集ADE7755模块输出的信号，并通过程序算法进行计算和分析，计算出用电器的用电量，实时的显示到液晶1602上。单片机将计算出的数据保存到存储芯片AT24C02上，以保证出现断电和恢复供电后可以继续计量电能。本设计的系统结构框图如图1所示。

图1　系统结构框图

图2　系统整体电路原理图

2.系统硬件设计

2.1电量采集电路设计

本设计的核心是由ADE7755构成的电量采集电路，该电路的原理是将用电器的用电量以脉冲的形式输出，单位时间内输出的脉冲个数越多，说明用电器的用电量越大。ADE7755脉冲输出与用电量的关系为每3200个脉冲代表用电器消耗1kWh。因此单片机只要采集ADE7755输出的脉冲信号，经过计算，即可知道用电器的用电量。系统的整体电路原理图如图2所示。

2.2显示电路设计

显示电路采用通用的液晶LCD1602进行显示，主要是以数字的形式直观的将用电器的用电量显示出来。LCD1602的8位并行数据口与单片机的P0口进行连接。RS、RW、EN控制端与单片机的P1.0-P1.2连接。其中3脚接10K的电位器用来调节LCD1602的对比度。

2.3存储电路和清零电路设计

本设计具有掉电存储功能，存储芯片采用AT24C02。该芯片采用I2C总线的形式与单片机进行连接，其中SCL与单片机的P2.1脚连接，SDA与单片机的P2.2脚连接。单片机每计算完一次数据后，同时送到液晶显示和AT24C02进行保存，以备系统断电和恢复供电后，可以继续计量电能。单片机的P2.4脚接有一个按键，用来对AT24C02保存的数据进行清零。

3.系统软件设计

本设计的程序采用当前比较流行的C语言。编程的软件采用常用的keil软件。系统整体的程序采用模块化的方式完成，方便调试和程序的编写。

程序构成主要分为脉冲采集子程序、数据计算子程序、液晶显示子程序、数据保存子程序，按键清零子程序。系统上电后单片机执行初始化程序，主要是对单片机自身的初始化、液晶显示的初始化和AT24C02的初始化。初始化完成后首先读取AT24C02保存的数据，并显示在液晶上，然后开始实时读取ADE7755输出的脉冲信号，当有脉冲信号时，对脉冲进行累计，按照每3200个脉冲为1kWh的算法进行电量的计量，并送到液晶进行显示和AT24C02进行保存。当清零按键按下后，清除AT24C02保存的数据，系统从0开始计量。本设计经过实际使用和长时间的连续运行工作，状态稳定，计算结果准确，达到了设计要求。

4.结束语

经过对系统的仿真和软硬件电路的设计，基于单片机的数字电能表设计成功完成。只要硬件电路连接正确，程序算法设计合理，电能表的功能就会符合设计的要求。经过测试验证本设计结构简单、性能稳定可靠、成本低，是一款非常有使用价值和推广价值的产品。

［1］周正鼎.单片机应用与调试项目教程［M］.北京：机械工业出版社，2011.

［2］宗建华等.智能电能表［M］.中国电力出版社，2010.

［3］褚大华.电子式电能表［M］.中国电力出版社，2009.

于焕江（1987—），男，山东诸城人，大学本科，现供职于佛山市华材职业技术学校，主要从事电子技术、嵌入式技术等的教学和研究。