2.课题研究的现状 

电能表及数字电能表现状（文献综述）：

    电能表，顾名思义，作为电能的计量工具在国民经济的各部门得到广泛应用，存在我们身边的各个角落。

传统电表是使火线绕若干圈，与火--零线圈组成一种特殊的电动结构，类似一台可控转速的电机。以单相电能表DD862-4 15(60)为例。“15”称为“标定电流”，“60”称为“额定最大电流”，即该单相电能表的标定电流是15A，额定最大电流是60A；则该电能表能用于正常运行负荷电流为：15A/30%=50A，折算成容量为：P=50A*220V=11000W=11KW，即可以带11千瓦的功率。但是，其存在的问题也较为突出，传统电表只能显示总体用电量，而且需要人工抄表，浪费了大量的人力物力。传统电表的火--零线圈是一个长期通电的线圈，虽然电耗很少，但每月大约有一度电的空耗。根据我国目前的发展状况和广大用电单位及个人的用电状况,发现现在所使用的电能计量器具比较落后,精确度不高,并且功能较少,这样既浪费资源又不能满足人们目前的要求,影响社会的发展。因此,有必要对老式的电能表进行改进和创新以满足人们不断增长的需求。

小结传统电表的缺点：电表耗电量大、体积笨重、防窃电能力差、精度不高且抄表麻烦，无法做到信息的交换。

随着微电子技术的迅猛发展,微控器(单片机)和大规模集成电路在电能计量领域的广泛应用,使电度表的技术水平和性能得到了长足发展，数字电表得以产生，在实际应用中的优势非常明显。

数字电表：以微处理器和微控制芯片（如单片机）为核心的可以存储大量的测量信息并且具有对测量结果进行实时分析、综合和做出各种判断能力的仪器。一般具有自动测量功能、强大的数据处理能力，进行自动调零和单位换算功能，能进行简单的故障提示，具有操作面板和显示器和报警功能。数字电表是取火线的电流信号，通过数字电路转换成可计量数据。其中没有可运动的组件。智能数字电表的研究主要为了实现供需双方的实时通信，供方可以根据需求负荷调节电价，需方可以根据电价调节用电量。最终达到削峰填谷，节约用电的效果。数字表使用数字电路，电耗极少。

小结数字电能表的优点：装置简单方便、功耗小精度高、数字显示直观明了且可以做到信息的交换、数据处理能力强大、顺应了智能电网建设的要求。

3.本课题国内外研究的历史和现状

数字电表的产生对于现代高速发展的科技时代具有重要的贡献。目前国内已经有很多类型的数字电表在实际生活中得以应用。其中基于单片机的数字电表应用很明显。例如： 以STC52单片机和电能计量芯片CS5469为核心, 配合电压、电流互感电路，存储电路等实现对电参量进行高精度计量，不仅可以实现电能的测量，还可以对电压、电流有效值、功率等电参量实时测量。实验结果表明：该设计精度可达1％，而且电路结构简洁，具有一定的实用价值。

CS5460是当下主流的电能计量芯片CRYSTAL公司最新出的带有串行接El的单相双向功率 电能计量集成电路芯片。该芯片是目前比较流行的电子电度表芯片如AD7750/AD7755更容易 实现与微处理器的连接。用CS5460可 以方便的组成多功能电子式电度表和分布电度表和分布式电能计量管理系统。CS5460是带能量计算引擎的CMOS单芯片功率测量芯片CS5460包 括 一个可编程的增益放大器两个△一 ∑调制器，两个高速滤波器，具有系统校正标准和计算功能，IRMS,VRMS和瞬时功率的计算功能。CS5460可以用于功表，可用于分流器和电流边缘器相连来测量电流。为了适应由不同的分流器取得的不同电压等级的不同，电流提到包括一个可编程的增益放 器 (PGA)， 它可以使用户测量150mVRMS 或 30 mVRMS 信号。CS5460包括两个高速数字滤波器 ，它以( McLK)/ 1024的字速 率( 0 wR )输出数据。每个通道都有一个高通滤波器，它可以将直流分量过滤掉。为方便CS5460和微处理器之间的通信，CS5460提供SPI串口。串行时钟允许一个施密 特触发器输入到串上的( CLK) 串行时钟，也允许低上升沿的信号。

数字电能表的结构组成：系统的硬件结构及工作原理电能表主要由测量单元、时钟、单片机、显示器/计数器、存储器、电源、通信接口和报警电路键等几部分组成。工作原理:通过检测模块来检测电量,将测到的数据送给单片机,单片机再将数据进行一定的处理,转化为数码管可以显示的内容,当然这会在编程中有很明显的体现,数码管显示也有其一定的规则特别是数码管的动态显示,并不是传统意义上的每段数码管同时显示,而是一种轮流显示,只是间隔的时间相当短,而人眼对于周围的事物又有时间停留,所以我们以为数码管显示数字是同时显示,那么这就达到我们所想要的效果。

4.交流电能参数算法原理

(1)电压电流的计算

对周期为T的工频信号，通过对电压、电流在一周期内均匀采样N点，得到离散采样序列I( n ) U( n )．当满足采样定理时离散采样序列中将包含工频交流信号中有关电参量的信息，由数值积分理论可计算出工频交流电信号的电参量。如果对交流电压信号在一周期内均匀采样N点，只要N足够大，则可将交流电压有效值公式。

（1）

将其离散化，以一周期内的采样序列来代替连

续变化的电压值。根据数值积分中的矩形算法，有 ：

（2）

式 中 △ T 一 交流采样间隔 (采样周期 ) ；Um电

压采样样本值；N 一 一个周期内采样点数。如果相邻

两次采样的时间间隔都相等，则△T为一常数，有 ：

N = T ／ △T（3）

将上式(式3)代入式(式2 )则得到交流采样电压

有效值的计算公式 ：

同理可以得到交流采样电流有效值计算公式

（2）有功功率计算

如果对交流 电流信号在一周期 内均匀采样 N点，只要N足够大，且N取适当，则可将有功功率的公式

将其离散化，以一周期内的采样序列来代替连续变化的电压、电流值，经过推导，就可得到交流采样有功功率的计算公式：

（3）电能计算

电量的计算是电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。根据前面计算得到的有功功率和电压，电流有效值，在一定的时间内就可求出电能了。电能的计算公式为：

W = P× T = U×I ×T   （8）

5.课题研究设计的指导思想

本课题的研究应该在满足要求的前提下，去探索数字电表的设计。力争设计的电能表能满足最基本的电能计量、计费、显示功能。原理力求清晰明了，功能力求达到使用要求，装置力求简单、操作方便，并在此基础上加以创新。遵循导师的指导不断改正，做到优秀。

 该论题研究的内容主要是以下几个方面：

1．电能表及数字电能表现状；

2．计量电能的途径和技术现状；

3．基于单片机的数字电能表设计与实现。

7.研究与设计计划

（1）.课题调研2013.12.2—2013.12.15

（2）.电能表及数字电能表现状调研2013.12.16—2014.1.12

（3）.电能计量技术调研2014.1.13—2013.1.26

（4）.基于单片机的数字电能表设计2014.1.27—2014.2.23

（5）.基于单片机的数字电能表的实现2014.2.24—2014.4.20

（6）.撰写调研与研究报告2014.4.21—2014.5.4

（7）.调研与研究报告的修改完善2014.5.5—2014.5.18

（8）.评阅与答辩2014.5.19—2014.5.31

[1]赵伟.电能表技术的发展历程.电测与仪表.1999年06期

[2]贺静丹.单相多功能电能表设计.电子测量与仪器学报.2008年1月

[3]胡淑坤.基于单片机的智能电能表系统设计与实践.现代企业教育，2012年4月

[4]郭慧芳.数字电度表的设计与制作.大众科技.2011年10月

[5]庞桂云.智能IC卡电能表设计.电测与仪表.2007年9月

[6]公茂法.基于CS5460A的多用户多功能预付费电能表.电力自动化设备，2011年9月

[7]曾乃鸿.电子式电度表应用现状和展望电测与仪表.2001(8)：5 - 6 

[8]张迎新.单片微型计算机原理、应用及接口技术北京：国防工业出版社，2004 

[9] 胡伟.单片机c语言程序设计及应用实例fM1.北京：人民邮电出版社，2003

[10] 高中文 黄玲,等.基于电能计量芯片CS5460的电子式电能表设计,哈尔滨理工大学学报，2001( 5)：9 8—101．

 9.指导教师意见：

                                                           签名：

                                                                年     月    日

10.开题审查小组意见：

 教研室主任或组长签名：  

                                                                  年    月   日