智能電表硬件電路設計圖詳解 —電路圖天天讀（225）

　　隨著(zhù)計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，建筑智能化程度越來(lái)越高。住宅的智能化抄表系統在建筑智能化中是必不可少的。在我國，對用戶(hù)的電表仍采用人工抄表的方法。這種原始的查表方法不僅造成了人力、物力的浪費，打擾居民正常生活 ，而且其精度差，電量數據需要人為讀數不能實(shí)時(shí)傳輸 。為了從根本上解決這個(gè)問(wèn)題，因此一種基于設計單片機的智能電表。電表若以單片機為主體取代傳統儀器儀表的常規機械及電子線(xiàn)路，可以容易地將計算技術(shù)與測量控制技術(shù)結合在一起，形成智能化測量?jì)x表 。這種儀表由計量電路、微處理器、LCD顯示器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、通信接口及電源等組成 ，具有電能量計量、信息存儲及處理、實(shí)時(shí)監測、自動(dòng)控制、信息交互等功能 。

　　智能電表的工作原理

　　智能電表的硬件方案框圖如圖1 所示。電能表主要由計量、電源管理、存儲、顯示、按鍵處理、脈沖輸出和通信單元7 個(gè)部分組成 。本文的智能電表是以80C51為核心處理器。除此之外，加入了電能計量芯片CS5460A 和LCD 顯示芯片1602，用于用戶(hù)用電量的計量與顯示。但是，由于CS5460A芯片只能測量瞬時(shí)的電量，所以，還需要采用時(shí)間芯片DS1302將時(shí)間分段，這樣電表就可以通過(guò)按鍵，不但可以顯示出用戶(hù)的瞬時(shí)用電量，而且還能顯示某個(gè)時(shí)段的用電量。WiFi通信電路的使用，可以實(shí)現智能電表的無(wú)線(xiàn)通信，這樣查電表的工作人員不用再挨家挨戶(hù)的登門(mén)查詢(xún)，而是直接接收WiFi信號，就可以了解到用戶(hù)的用電情況，比較方便、省時(shí)。對于存儲模塊，本文采用體積小、容量大的SD卡，相比于一般的存儲模塊，SD 卡還可以隨時(shí)拆卸、更換，既方便又實(shí)用。對于電源模塊，本文采用的是外部供電方式。

　　智能電表的硬件設計

　　電能計量電路設計

　　電能計量芯片采用CS5460A。其主要功能如下：具有特殊的自動(dòng)引腳模式功能，能使芯片獨立工作，得電時(shí)自動(dòng)初始化 ；具有片內看門(mén)狗定時(shí)器與內部電源監視器；可以精確測量正反兩個(gè)方向的電壓瞬時(shí)值、電流瞬時(shí)值、電壓有效值、電流有效值以及功率和能量 ；提供了外部復位引腳；雙向串行接口與內部寄存器陣列可以方便地與微處理器相連接；外部時(shí)鐘最高頻率可達20 MHz；具有功率方向輸出指示 。

　　圖1 智能電表的硬件設計圖

　　CS5460A與單片機80C51的連接電路圖見(jiàn)圖2。

　　圖2 CS5460A與80C51的連接電路圖

　　WiFi通信模塊設計

　　電表采用WiFi無(wú)線(xiàn)通信的方式，WiFi通信電路使用BCM8000。WiFi通信技術(shù)具有數據傳輸率高、組網(wǎng)靈活、可移動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)。 WiFi通信采用的是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，使智能電表的安裝不受通信線(xiàn)路的局限性，具有安裝便利的優(yōu)勢 。WiFi通信電路與單片機80C51 的連接，只需要將BCM8000 的RXDH 和TXDH 引腳分別對應連接到80C51的TXD和RXD引腳，如圖3所示。

　　圖3 WiFi通信電路與80C51的硬件連接設計

　　智能電表的軟件設計

　　智能電表的軟件設計部分包括以下的幾個(gè)部分：電能計量芯片CS5460A的數據傳輸、液晶顯示器1602 顯示子程序、鍵功能處理程序、WiFi 無(wú)線(xiàn)通信程序、時(shí)鐘芯片DS1302 的讀/寫(xiě)操作程序、SD卡儲存模塊的軟件設計。

　　編輯點(diǎn)評：本文是以80C51單片機為核心，基于單片機設計的智能電表，來(lái)實(shí)現電能的計量與顯示、無(wú)線(xiàn)通信、數據存儲等功能。用戶(hù)可以通過(guò)電表上的按鍵來(lái)選擇是顯示用戶(hù)當前用電量，還是某一時(shí)段用電量。這種儀表是一種智能化測量?jì)x表?！”敬卧O計的智能電表集成了計量與顯示電量、數據存儲、數據通信等多種功能。經(jīng)試驗驗證后，證實(shí)了電表性能的穩定、計算準確、誤差較小、可以進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信等。但是，本次設計的電表可能在故障自診斷方面有些不足，需要日后加以完善。
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