1、论文编号：参赛题目：D 电能消耗计量装置参赛学校：济南大学学院： 自动化与电气工程学院参赛队员姓名及联系方式：1题目：电能消耗计量装置摘要通过对题目的理解，为了达到设计的要求，我们分为了几部分进行设计。在信息的传递部分，我们采用前后两级放大，先高精度较高增益放大，再通过低通滤波，后再接普通运放到设计的放大倍数，这种放大滤波模式可以很好兼顾精度与经济的要求，提高性价比。信息处理后转接入报用警和显示部分报警部分用电压比较器对异常情况（预先定好的报警电压）进行判别然后通过发光二极管和蜂鸣器实现声光报警。数码显示部分是件处理后的信号经过 A/D 转换后用液晶 12864 显示。系统的供电电源，由 22
2、0V 的交流接入通过变压、整流、滤波后输出 5V 直流电压，从而提高系统各部分用电。关键词：检测 功率2目 录一、系统设计方案介绍 .41.1 系统总体框架设计 41.2 主控芯片的论证与选择 .41.3 显示模块的论证与选择 .41.4 系统论证模块的总结 .4二、硬件设计与实现 .52.1 stm32f103c8t6 模块的最小系统.52.2 电压电流采集模块 6三、程序节选 .7四、结论 .10五、参考书目 .1031、问题重述D 题 电能消耗计量装置一、任务设计并制作一款用于市电的电能消耗计量装置。二、要求1.基本要求（1）计量功能部分不能使用专用芯片或具备此功能的其它高集成度芯片。（
3、2）能监测该装置所在电网的市电电压有效值和市电频率。（3）能监测连接于该计量装置的负载工作电流有效值和有功功率值。（4）计算并显示连接于该装置的负载之功率因数和用电时间，并显示电能消耗值（单位：千瓦时）。2.发挥部分（1）计量并显示负载用电量对应的二氧化碳排放量。（2）计量装置可设置被测负载最大门限值，且整机具备过流保护功能。（3）计量装置整机不设降压变压器或开关电源类分体式独立供电部分。（4）低功耗设计。基本要求 实际制作完成情况 50完成第（1）（2）项 10完成第（3）项 20完成第（4）项 20发挥部分 总分 50项 目 主要内容 满分系统方案 比较与选择、方案描述 6理论分析与计算
4、计量监测原理，低功耗方案 15电路与程序设计 电路设计及程序设计 15测试方案与测试结果 测试方案及测试条件；测试结果完整性； 测试结果分析 8设计报告结构及规范性 摘要；设计报告正文的结构； 图表的规范性 6设计报告总分 504一、系统设计方案介绍1.1 系统总体框架设计本作品采用了两个个模块分别为：式电电压电流采集模块、信息处理显示模块 。1.2 主控芯片的论证与选择方案一：stc89c52rc 单片机。是一款操作简单的基础化单片机，运行稳定，各项性能较优，但芯片运行速度较慢，片上功能较少，不适合制作此方案。方案二：stm32f103c8t6 单片机。配置丰富灵活、低功耗 ，运算速度快，内
5、置 16位 ADC，使用方便，适合制作此方案。 1.3 显示模块的论证与选择方案一：LCD1602 是一块低功耗的 CMOS 技术的 LCD 控制驱动器，设计为驱动 2 行 16 列的图形显示。所有必需的显示功能集成在一块芯片上，包括LCD 电压及偏置电压发生器，只须很少外部元件，并且功耗极地。但是体积过小，容易损坏，不适合安装调试。方案二：使用 LCD12864 液晶屏。LCD12864 是一种具有 4 位/8 位并行、2线或 3 线串行多种接口方式，内部含有过边一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为 128*64，内置 8192 个 16*16 点汉字，和 128个
6、1*8 点 ASCII 字符集。利用该模块灵活的接口方式简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面，可以显示 8*4 行 16*16 点阵的汉字，也可完5成图形显示，适合安装调试。1.4 系统论证模块的总结综上所述各模块的优缺点，本智能系统选用的模块为：主控系统采用stm32f103c8t6 单片机、显示模块采用 lcd12864 液晶屏显示采集的各项信息。二、硬件设计与实现2.1 stm32f103c8t6 模块的最小系统-ARM 32 位的 Cortex -M3 CPU-最高 72MHZ 工作频率，在存储器的 0 的等待周期访问时可达1.25DMisp、MHZ（DhrystONe2
7、.1）-单周期乘法和硬件除法-从 64K 字节的闪存程序存储 器-高达 20K 字节的 SRAM-2.0-3.6V 供电和 I/O 引脚-上电/ 断电复位（ POR/PDR）、可编程电压监测器（PVD）-4-16MHZ 晶振振荡器-内嵌经 出厂调教的 8MHZ 的 RC 振荡器-内嵌带 校准的 40KMZ 的 RC 振荡器-产生 CPU 时钟的 PLL-带校准的 32KMZ 的 RC 振荡 器-2 个 12 位模数转换器，1us 转换时间（多达 16 个输入通道）-转换范 围：0 至 3.6V-双采样 和保持功能-温度传 感器62.2 电压电流采集模块模块通过电压电流互感器，将市电电压、电流感
8、应为可测量的电压，并通过 lm358 运算放大器放大电压，并使用 lm339 比较器测出其脉冲。最后用主控芯片的 16 位片上 ADC进行采集并显示。7三、程序节选void Time_Display(void)if(s_num=59)s_num=-1;if(m_num=59)8m_num = -1;if(h_num=24)h_num=-1;h_num+;m_num+;s_num+; void Display(void)/采集电压 采集电流if(cj_flag = 1)cj_flag = 0;U_Control_Count+;if(U_Control_Count = U_Control_Coun
9、t_Limit)U_Control_Count = 0;9U_Output_Old = U_Output_New;U_Output_New = Get_Adc_Average(ADC_CH2,20);U_Output_Temp = U_Output_New - U_Output_Old;I_Output_Old = I_Output_New;I_Output_New = Get_Adc_Average(ADC_CH1,20);I_Output_Temp = I_Output_New - I_Output_Old;U_Output = (U_Output_Temp * (U_Control_Co
10、unt + 1) / U_Control_Count_Limit) + U_Output_Old;I_Output = (I_Output_Temp * (U_Control_Count + 1) / U_Control_Count_Limit) + I_Output_Old;/ printf(“M:%frn“,U_Output);/if(U_Output=1165)U_1 = U_Output;/-1165;/else/ U_1 = 0;U_2 = U_1*0.145083;U_3 =U_2*10;/ U_1 = Get_Adc_Average(ADC_CH2,5);/ U_2 = U_1*
11、0.1;10HZ = 501000/temp7; if(I_Output=1313)I_1 = I_Output-1313;elseI_1 = 0;I_2 = I_1 *0.017;I_3 =I_2*100;/ printf(“%f“rn,I_2);/ I_1 = Get_Adc_Average(ADC_CH1,5);/电流/ I_2 = I_1 *0.0008;W_1 = I_3 * U_3/1000;Calc(W_3 = In_calc.Output /1000;CO2 = W_3 /1000;/ printf(“%f,%f,%frn“,W_1,I_3,W_3);if(I_2 1.5) L
12、ED0 = 1; /PB511BEEP = 1;I_2 = 1.5;else LED0 = 0;BEEP = 0;/显示if(xs_flag = 1)xs_flag = 0;/*监测该装置所在电网的市电电压有效值和市电频率*/ / printf(“u:%d,I:%drn“,U_1,I_1); sprintf(char*)txt,“%0.1f“,U_2);LCD12864_PutString(1,1,txt);sprintf(char*)txt,“%d“,HZ);LCD12864_PutString(5,1,txt);/*监测连接于计量装置的负载工作电流有效值和有功功率*/sprintf(cha
13、r*)txt,“%0.1f“,I_2);12LCD12864_PutString(1,2,txt);sprintf(char*)txt,“%0.1f“,W_1);LCD12864_PutString(5,2,txt);sprintf(char*)txt,“%0.2f“,W_3/W_1);LCD12864_PutString(6,3,txt);/*计算并显示连接于该装置的负载之功率因数和用电时间，并显示电能消耗值（单位：千瓦时）*/sprintf(char*)txt,“%0.2f“,W_3);LCD12864_PutString(0,4,txt);/* 发挥部分 */sprintf(char*)
14、txt,“%0.3f“,CO2);LCD12864_PutString(5,4,txt);/时间显示if(Time_flag = 1)Time_flag = 0;Time_Display();sprintf(char*)txt,“:%2d“,s_num);LCD12864_PutString(3,3,txt);sprintf(char*)txt,“:%2d“,m_num);13LCD12864_PutString(1,3,txt);sprintf(char*)txt,“%2d“,h_num);LCD12864_PutString(0,3,txt);四、结论在整个设计过程中，从选题到最终提交一篇
15、论文，我们队的收获是颇多的，不仅重温了数电、模电等以前学习过的基本知识，也让我们认识到应该将所学付诸实用。在设计过程中，我们翻阅了很多资料，一起解决了许多问题，这大大的提高了我们的团队意识，也提高了我们解决问题的能力。经过几天的努力，我们初步得到上述的设计方案及实现期望，很高兴能得到一个设计结果，但是仍然存在一些问题，现简述如下：1、基本完成题目说要求的功能，在发挥部分，提高了精度，但在计算精度时说选取的数学模型过于简单，将一些可能造成误差的因素都舍去了，仅考一些主要原因。2.、在设计的过程中考虑到了性价比的问题，也采取了一些措施去实现（前后两级放大），但对系统的功耗、应用范围都没有做进一步的
16、探讨。3、经过初步设计后，进一步努力的方向是将改进方案中的思想实现，提高精度、性价比、系统的稳定性、减小整个系统的耗能，考虑到系统的实际应用。14五、参考书目1.电子技术基础 模拟部分/康华光主编 华中科技大学电子技术课题组编 5 版 北京：高等教育出版社 2006.12.电子技术基础 数字部分/康华光主编 华中科技大学电子技术课题组编 5 版 北京：高等教育出版社 2006.13.电路 邱关源、罗先觉主编 5 版 北京：高等教育出版社 2006.54.信号与系统上册 郑君里等著 2 版 北京：高等教育出版社 20095.电工电子技术试验 杨茂宇、王俐、赵永红编著 上海：华东理工大学出版社 2009.16.过程控制系统与仪表 王再英、刘淮霞、陈凌霄等编著 北京：机械工业出版社 2006.17.电子电路设计 赵家贵主编 北京：中国计量出版社 20058.电子测量与电子电路实验 张咏梅、陈凌霄编著 北京：北京邮电大学出版社 2000.99.传感器、变送器、智能数显控制器应用手册 任志程编 北京：中国电力出版社 2007
