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五邑大学本科毕业设计
摘 要
电表表示着人们日常用电的多少,现在每家每户安装的基本上是带有转盘的那种电
表,它只能显示出用电总量。若想查看上个月的用电量,只能靠电费单计算得来。现在
已经是信息时代了,这种做法很显然跟不上社会潮流。
近几年来,社会提倡低碳、绿色经济和可持续发展,在这种思想的推动下,智能电
表将会成为社会的潮流。智能电表是在传统电表的基础上增加了自动化和智能化的功能,
从而进一步提高电网的效率、提高供电的可靠性、电能的质量并且完善用电户的服务,
从而更好适应电力市场。现在智能电网是全球电力部门研究和讨论的热点话题,智能电
表是智能电网中的最重要的环节,它支撑着电网的信息化、自动化以及互动化等方面的
实现。
微处理器是智能电表的最主要的核心器件。它可以储存海量的检测数据,同时对测
量出的结果进行分析、判断和处理。本次设计是运用单片机 STC89C52为微处理器、
CS5460A芯片进行电能测量和计算、X5045芯片作为外部存储、数码管进行显示进行设
计的。
关键词 智能电表;自动化;C51 单片机;CS5460A
I

五邑大学本科毕业设计
Abstract
Electricity meter means the number of people everyday electricity, and now every
household is basically equipped with the kind of meter, which can only show the total amount of
electricity. To see the power consumption last month, only by electricity single calculated. It is
now the information age, and this approach is clearly not social trends.
In recent years, the social promotion of low-carbon, green economy and sustainable
development, in the promotion of this idea, smart meter will become the trend of the society.
Smart meter is automatic and intelligent function is added on the basis of traditional meter,
energy efficiency so as to further improve the power grid, improve power supply reliability,
power quality and perfect service of the users, in order to better adapt to the power market. Now
the smart grid is a hot topic in the global power sector research and discussion, the smart meter is
the most important part of smart grid, which support the realization of grid informationization,
automation and interaction of.
The microprocessor is the most important core device of the smart meter.. It can store vast
amounts of detection data and analyze, judge and process the results of the measurement.. This
design is the use of single-chip microcomputer STC89C52 and CS5460A chip for power
measurement and calculation, X5045 chip as the external storage, digital tube display design.
Key words Smart meter Automation 51 MCU S5460A
II

五邑大学本科毕业设计
目 录
摘 要..............................................................................................................................................I
第 1 章 绪论.................................................................................................................................1
1.1 智能电表的概念........................................................................................................................................... 1
1.2 智能电表的发展背景................................................................................................................................... 1
1.3 智能电表的结构........................................................................................................................................... 2
1.4 智能电表的主要特点................................................................................................................................... 2
2.1 微控制器 STC89C51 单片机..........................................................................................................................4
2.1.1 简介..........................................................................................................................................................4
2.1.2 主要特性..................................................................................................................................................4
2.1.3 引脚功能..................................................................................................................................................4
2.2 电能计量芯片 CS5460A................................................................................................................................ 6
2.2.1 简介..........................................................................................................................................................6
2.2.2 主要特征..................................................................................................................................................6
2.2.3 引脚功能..................................................................................................................................................7
2.3 外部寄存器 X5045........................................................................................................................................ 8
2.3.1 简介..........................................................................................................................................................8
2.3.2 主要特性..................................................................................................................................................8
2.3.3 引脚功能..................................................................................................................................................8
2.4 时钟芯片 DS1302.......................................................................................................................................... 9
2.4.1 简介..........................................................................................................................................................9
2.4.2 主要特性..................................................................................................................................................9
2.4.3 引脚功能..................................................................................................................................................9
2.5 74HC138 译码器......................................................................................................................................... 10
2.5.1 简介........................................................................................................................................................10
2.5.2 主要特性................................................................................................................................................10
2.5.3 真值表............................................................................................................................................ ........10
2.6 LED 数码管.................................................................................................................................................. 11
第 3 章 总体设计方案...............................................................................................................11
3.1 设计功能要求............................................................................................................................................. 11
3.2 智能电表的总体方案设计......................................................................................................................... 11
第 4 章 硬件部分的组成...........................................................................................................13
4.1 电压电流采样模块的设计......................................................................................................................... 13
4.1.1 电压调理电路........................................................................................................................................14
4.1.2 电流调理电路........................................................................................................................................14
4.2 CS5460A 的外部电路.................................................................................................................................. 14
4.3 数码管连接电路......................................................................................................................................... 15
4.4 组合键盘连接电路..................................................................................................................................... 16
I

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4.5 EEPROM 连接电路...................................................................................................................................... 17
4.6 时钟芯片 DS1302 连接电路.......................................................................................................................18
第 5 章 软件部分的设计...........................................................................................................18
5.1 主程序流程................................................................................................................................................. 18
5.2 CS5460 数据交换方法................................................................................................................................ 19
5.3 时钟芯片的读写流程.................................................................................................................................21
5.4 外部寄存芯片的读写流程......................................................................................................................... 21
5.5 按键扫描流程............................................................................................................................................. 22
5.6 数码管显示功能的实现............................................................................................................................. 23
结 论...........................................................................................................................................23
参考文献....................................................................................................................................24
II

五邑大学本科毕业设计
第 1 章 绪论
1.1 智能电表的概念
智能电表它是科技时代的新产物,它能够进行测量、数据处理,因此测量单元、数
据处理单元是它的重要组成部分。在智能电表这一系统中,它能通过各类型的芯片来进
行电能的测量、计算、存储,并且具有实时监控功能和自动控制等功能。和传统的电能
表相比。计量功能是智能电表的最基本的功能,而它本身就是一个电子式的电表,并且
它能够通过端口与外部时钟进行通讯
[1]
。
微处理器(单片机)是智能电表的最主要的核心器件,没有了它,智能电表就不可
以对大量的测量数据进行存储、分析、判断和处理等功能。智能电表通常具有自动检测
数据的功能、数据的强大处理功能、数据换算和自动调零功能、并且可以通过操作面板
进行人机交流和显示装置。本次设计的智能电表主要运用了微机和通信等两方面的技术,
为了减少能耗,把采集数据和处理数据等功能运用芯片进行,这样既可以节省了成本以
及人力资源,还可以增加其工作的效率,可以满足了现代的用电户的需求
[2]
。
1.2 智能电表的发展背景
现在,智能电表主要分为感应式、电子式和智能式等类型,而我国又是生产电能表数
量较大的国家,并且我国生产的电能表接近或者基本达到发达国家的技术水平,并且我
国生产的电能表能够满足不用地区和国家的市场需求,而且我们还有价格优势,因此我
国的电能表在全球各市场上有很好的竞争水平。随着我国电网的不断智能化,我们对电
表之类的电能计量的器件的要求也不断提高,我国的电网科技和外国在科学技术水平上
差距不是很大,与此同时它还是低碳经济的最主要组成部分,所以其发展前景是相当乐
观的,和国外的同类产品相比,我国的智能电表的作用完善、有规律、分类式的单价电
费和控制负荷等功能都比其他国家高,这更加能够满足我国在电网上现代化智能化建设
过程中的需求。
目前,我国的用电户人数非常之多,根据 2009 年的统计,在年底就已经有 2.3 亿的
用电户记录在国家电网公司的服务系统中,按每户平均有 4 个人计算,就有 10.4 亿人口,
这么庞大的数量,要在全国内推广智能电表看来绝非一件简单的是,它不仅需要庞大的
资金,而且还需要大量的人力、物力以及很长的时间来进行。同时,智能电表的功能多
样化和显示的数据种类多,可以给用户准备更多的用电服务,不过更换电表也是就要得
到用电户的同意、体谅和包含,所以用户也要一个对智能电表进行一定的了解,因此我
们就要动员社会各界的力量来对此进行有效的宣传
[3]
。
自从国家电网公司发布一系列的电网智能化改革的计划之后,有关电表和智能化、自
动化的产业的发展面临前所未有的前景。
在未来智能电表发展的趋势可以分为以下几个方面:
(1)模块化
这样智能电表维修起来就会非常方便,就算是一个不懂它的人也可以对它进行简单的
维护和修理,只要注意用电安全就行了,并且它具有安全可靠性;
(2)智能电表的多样化
它可以利用多功能控制元件来进行对智能家居的调控,比如说,我们可以控制空调的
大型耗电设备在电费相对便宜阶段启动;
(3)计算机的实时控制
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