电量测量仪表的设计与实现本科毕业设计Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#电量测量仪表的设计与实现摘要随着电力系统的快速发展,电网容量不断增大,结构日趋复杂,电力系统中实时监控,调度的自动化显得尤为重要,而电力参数的数据采集又是实现自动化的重要环节,如何快速准确地采集系统中各元件的电参数(电压,电流, 功率,功率因数等)是实现电力系统自动化的一个重要因素。
本文介绍了一种三相多功能电量测量系统设计方案。
该方案以AT89C51单片机为处理器，利用多功能芯片ADE7878对交流信号采样和计算，可实时测量并显示三相电压、三相电流、功率及功率因数，具体描述了ADE7878芯片的性能和内部工作原理，着重介绍了系统的软件设计。
关键词：单片机电量测量 ADE7878DESIGN AND IMPLEMENTATION OF ELECTRICITY MEASURING INSTRUMENTSAbstractWith the rapid development of power system, power grid capacity is increasing, and the structure is becoming more complex, real-time monitoring and scheduling of power system automation is particularly important, and the date acquisition of power parameters is an important part of automated, how to quickly and accurately capture the electrical parameters (voltage, current, power, power factor, etc) of various components of the system is an important factor for power system automation.This article describes the design of a multifunctional three-phase power measurement system. the program use the AT89C52 microcontroller as the processor, and use the multi-functional chip ADE7878 to sampling and calculation the AC signal, it can real-time measurement and display the three-phase voltage, three-phase current, power and power factor. Specifically describes the performance and the internal working principle ofADE7878 chip, focuses on the software design of the system.KEY WORDS microcontroller measurement of electricity ADE7878目录1 绪论背景及意义随着中国的社会用电量迅速增长，全国特高压电网建设，百万千瓦级发电机并网，家居网络化进程，以及电网经营管理改进和计量新技术应用等要素，电能表市场发展迅猛，中国目前已成为世界电能计量行业最具有活力的市场。
掌握各种配网参数 (如电压、电流、功率、频率谐波分量等) ,对了解配电网的运行状况至关重要。
这就要求不断改进对电源系统的监控。
电源的适当管理与分配对工业领域的节能与总体电源利用情况非常重要。
在制定决策和确保适当保护输电网与最终用户时，能够准确的测量电源的电压电流有效值和功率尤为重要。
而要测量这些值就需要电参量测量仪。
测量仪表的发展状况电参量测量仪是一种测量电压、电流、功率等参数的仪器，电参量测仪表的发展经历了三个阶段。
第一代是指针式仪表，如模拟万用表、电压表、电流表，这些仪表的基本结构是电磁式、电动式、感应式、静电式等，由于这类仪表本身的机械结构和电磁结构的不稳定性及复杂性，一般精度较低，稳定性较差，应用场合有一定的局限性。
但由于它的原理简单、坚固耐用、容易生产、成本低，因而还在广泛使用。
第二代是数字测量仪表，这类仪表的基本原理是将被测量模拟信号转变为数字信号，进行计算并显示出来。
这类仪器同指针式仪器相比较精度有了很大的提高，能直观读取测量结果，而且可靠性高，易于使用。
但电子线路比较复杂，不能自动适应测量环境的变化，而且仪器的校准复杂。
第三代是智能仪器。
所谓智能仪器，一般指含有微处理器的仪器，通过微处理器来控制数据的采集，并对数据进行处理。
因此能够用软件的方法实现信息的采集、处理和存储，大大简化了仪器的整体结构。
这类仪器的硬件基础是采集技术和输入输出技术，而软件基础在于采样数据的处理方法。
同传统仪器相比较，其有如下特点：(1)测量过程的软件控制计算机软件进入仪器，可以替代大量的逻辑电路。
仪器在CPU的指挥下，按照软件流程不断寻址、取指、进行各种转换、逻辑判断，驱动某一执行单元完成某一操作，使仪器的工作按照一定顺序进行下去，可以实现测量过程的高度自动化。
另外，软件控制也带来了很大的方便，当需要改变仪器功能时，只要改变程序即可，并不需要改变硬件结构。
(2)测量数据的处理对测量数据进行存储和运算的数据处理功能是智能仪器最突出的特点，它表现在改善测量的精确度及对测量结果的再加工两个方面。
在测量精确度方面，大量的工作是对随机误差和系统误差进行处理。
过去传统的方法是用手工的方法对测量结果进行事后处理，工作量大，效率低，而且往往会受到主观因素的影响，使处理结果不理想。
智能仪器中用软件对测量结果进行及时的、在线的处理可以收到很好的效果，不仅方便、快速，而且可以避免主观因素的影响，使测量的精确度及处理结果的质量大大提高。
由于可以实现各种算法，不仅可以实现误差的计算及补偿，而且对仪器中的非线性校准等问题也易于解决。
对测量结果的再加工，可以使智能仪器提供更多高质量的信息。
(3)仪器的多功能化智能仪器的软件控制测量过程及数据处理功能使得测量过程中采集的数据，可由具备不同测量功能的软件模块共享，一机多用的多功能化易于实现，这是智能仪器的又一特点。
(4)仪器有联网功能智能仪器可以通过标准的接口和上位机通信，接收上位机的指令进行相应的动作，响应请求把数据传至上位机。
这样，多台智能仪器可以形成一个复杂的测量系统，可以方便地实现远程自动化测量。
(5)仪器具有自校正、自诊断功能智能仪器有自动校正零点、满度和量程切换功能，大大降低了因仪器零漂和特性变化造成的误差，同时可以提高读数的分辨率。
另外，智能仪器在运行开始或运行过程中，可以对自身各部分进行一系列测试，一旦发现故障就可以报警，并给出相应的故障位置，给系统维护提供很大的方便。
电量检测仪发展现状随着微电子技术和超大规模集成电路的迅速发展，电量测量仪表由传统的基于常规电子线路的仪器仪表发展为基于各种微处理器、微控制器的智能化测量控制仪表。
利用嵌入式软件协调内部操作，使仪表具有智能的功能，在完成输入信号的非线性、温度与压力的补偿、量程刻度标尺的变换、零点错误、故障诊断等基础上，还可完成对工业过程的控制，使控制系统的功能进一步分散。
嵌入式系统可以针对特定的自动化仪表的要求，合理剪裁软硬件，实现高集成度、低冗余、小型化。
近年来智能仪器己开始从较为成熟的数据处理向知识处理发展，体现为模糊判断、故障诊断、容错技术、传感器融合、机件寿命预测等，使智能仪器的功能向更高的层次发展。
而网络时代的来临使许多电子设备需要联网和更智能化、更强的计算能力。
随着微电子技术的进步，各种集成芯片电路都朝超大规模、全CMOS的方向发展。
COMS电路具有功耗低、工作温度范围宽的特点，近年来采用“硅门”技术取代了原来的“金属门"技术。
目前已经出现了大许多超规模的CMOS集成新型单片机，芯片的制造成本大大降低，而功能却大大增强，内部集成了许多的功能部件，如片内AD转换器、片内看门狗电路、片内脉宽调制器、芯片串行总线等，从而使用户有更大的选择。
随着数字信号处理器(DSP)的广泛应用和多种电测专用集成芯片的成功开发，将第三代电测仪表的发展推向了高潮。
系统设计要求本文介绍了一种三相多功能电量测量系统设计方案。
该方案以AT89C51单片机为处理器，利用多功能芯片ADE7878对交流信号采样和计算，可实时测量并显示三相电压、三相电流、功率及功率因数。
本文的设计要求：电压测量范围单相或三相0～300V电流测量范围 0-60A频率测量范围 45-65Hz功率因数测量范围感性 0-1 容性 0-1精度：±（%读数+% 量程+1字）液晶显示各个量，可通过键盘切换。
2 测量原理及方法测量芯片ADE7878简介ADE7878是ADI公司为三相电能表研制的专用芯片，它具有两个可编程增益放大器、7个24位Σ -ΔADC、数字积分器、数字滤波器、参考电路、有效值与功率信号处理模块和SPI,I2C接口等组件。
ADE7758可对有功功率、无功功率、视在功率、电压有效值和电流有效值进行计量,并对波形进行采样,带有对应三个相位的数字功率校准寄存器、相位校准寄存器和失调校准寄存器,寄存器可以通过串行接口进行调节,并可速校准外部元器件引起的误差。
其模拟前端带有片内相位补偿电路,能够直接与电流互感器 (CT)相连。
ADE7878与三线制和四线制配电系统兼容。
它通过外部单片机进行数字计算，可得出电网的全部电量参数。
它体积小、动态范围可达 1 000∶1 ,它具有数字积分、数字滤波和实用电能监测、计量等功能。
ADE7878 可做到全电子化 ,有利于提高性能、降低成本;还可以利用现有的电话线、专线、高频无线电调制解调器、光缆、低压配电线载波等技术手段完成自动抄读表、分时电价、实时电价、多功能计量、预付费等扩充应用功能 ,使电能计量具有高精度、高可靠性、免维护和双向通信等特点。
电压电流测量原理2.2.1 模拟输入ADE7878具有七个模拟输入，这些输入构成电流和电压通道。
四对电流通道采用全差分输入方式：IAP和IAN、IBP和IBN、ICP和ICN，以及INP和INN。
允许的最大差分输入电压为± V。