基于HT46F49E的低成本智能電表設計

摘要：針對國家電網(wǎng)出臺的新的電能標準，介紹一種低成本智能電表設計的基本原理及方案，設計了一種基于HT46F49E單片機和電能計量芯片ADE7755的低成本智能電表，同時(shí)采用了配合本方案的紅外數據采集系統。系統經(jīng)驗證能夠正常工作，該設計不僅成本低廉、方法簡(jiǎn)單，抗干擾能力強，具有較強的實(shí)用性和創(chuàng )新性。
關(guān)鍵詞：HT46F49E；ADE7755；低成本電能表；紅外數據采集

隨著(zhù)能源價(jià)格的上漲，對電能計量的標準越來(lái)越高。傳統的感應式電能表存在計量精度差，功能單一，過(guò)載能力小，抗電磁干擾能力差的缺點(diǎn)，而且在2009年國家電網(wǎng)出臺了新的電能表標準，其中對新電能表各項標準有明確的規定。感應式電能表顯然已不能滿(mǎn)足市場(chǎng)要求，面臨被淘汰的局面，而早新存在于市場(chǎng)的電子式電能表也沒(méi)有統一標準，很多不符合國家電網(wǎng)新標準也將會(huì )被淘汰。這必然會(huì )導致大量新的滿(mǎn)足國家電網(wǎng)家電新標準的電子式電能表出現，筆者在此背景下設計了一種低成本單相電子式電能表方案，該方案經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明是可行的。

1 方案的選擇
當前電能表的核心作用就是計量電能并將其顯示，因此本文只討論目前存在的計量和顯示的幾種典型方案。
1．1 計量方案
1)MCU+ADC：用ADC芯片采樣電壓和電流大小，然后相乘即為有功功率。此法對ADC芯片要求比較高，而且MCU(單片機)需要進(jìn)行大量計算，MCU還要對電網(wǎng)中的諧波處理，對MCU的要求也很高，且成本較高，難以實(shí)現較高的精度。
2)MCU+電能計量芯片：市場(chǎng)上有很多的電能計量芯片，如ADE7755，CS5463，這類(lèi)芯片內部集成了高精度模數轉換，諧波處理電路，乘法器電流等，可以將電能轉化為脈沖或是其他數字量，大為簡(jiǎn)化了電能表的設計，而且計量精度較高，成本可接受。采用該方法對MCU沒(méi)有特殊要求，故本文采用該方案進(jìn)行系統設計。
1．2 顯示方案
1)計數圈：電能計量芯片輸出的脈沖驅動(dòng)步進(jìn)電機，然后帶動(dòng)計數圈計數。此法簡(jiǎn)單，而且跟傳統感應電表顯示方法相同，但顯示內容過(guò)于簡(jiǎn)單，容易出現卡死的情況，不能滿(mǎn)足新型電能表的要求。
2)數碼管：是最簡(jiǎn)單方便的顯示方法，而且可以自發(fā)光，但是數碼管工作電流太大，采用電池供電時(shí)無(wú)法長(cháng)時(shí)間工作，而且國家電網(wǎng)對電能表的功耗有比較嚴格的要求，顯然不滿(mǎn)足要求。
3)段式LCD：段式LCD常用在計算器等電池供電設備上，顯示內容比較豐富，功耗只有uA級，可大為降低系統功耗，但工作時(shí)需要外加驅動(dòng)芯片如HT1621等。顯然段式LCD是比較理想的選擇。

2 系統介紹
2．1系統方案
系統分為兩部分：電能計量部分和紅外數據采集部分，分別在兩塊電路板上實(shí)現，以下分為兩部分介紹：
1)電能計量部分：系統方框圖如圖1所示。