基于HT46F49E的低成本智能電表設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)國(guó)家電網(wǎng)出臺(tái)的新的電能標(biāo)準(zhǔn)，介紹一種低成本智能電表設(shè)計(jì)的基本原理及方案，設(shè)計(jì)了一種基于HT46F49E單片機(jī)和電能計(jì)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)證能夠正常工作，該設(shè)計(jì)不僅成本低廉、方法簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，具有較強(qiáng)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(shù)據(jù)采集

隨著能源價(jià)格的上漲，對(duì)電能計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高。傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表存在計(jì)量精度差，功能單一，過載能力小，抗電磁干擾能力差的缺點(diǎn)，而且在2009年國(guó)家電網(wǎng)出臺(tái)了新的電能表標(biāo)準(zhǔn)，其中對(duì)新電能表各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)有明確的規(guī)定。感應(yīng)式電能表顯然已不能滿足市場(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有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，很多不符合國(guó)家電網(wǎng)新標(biāo)準(zhǔn)也將會(huì)被淘汰。這必然會(huì)導(dǎo)致大量新的滿足國(guó)家電網(wǎng)家電新標(biāo)準(zhǔn)的電子式電能表出現(xiàn)，筆者在此背景下設(shè)計(jì)了一種低成本單相電子式電能表方案，該方案經(jīng)過實(shí)踐證明是可行的。

1 方案的選擇
當(dāng)前電能表的核心作用就是計(jì)量電能并將其顯示，因此本文只討論目前存在的計(jì)量和顯示的幾種典型方案。
1．1 計(jì)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(duì)ADC芯片要求比較高，而且MCU(單片機(jī))需要進(jìn)行大量計(jì)算，MCU還要對(duì)電網(wǎng)中的諧波處理，對(duì)MCU的要求也很高，且成本較高，難以實(shí)現(xiàn)較高的精度。
2)MCU+電能計(jì)量芯片：市場(chǎng)上有很多的電能計(jì)量芯片，如ADE7755，CS5463，這類芯片內(nèi)部集成了高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換，諧波處理電路，乘法器電流等，可以將電能轉(zhuǎn)化為脈沖或是其他數(shù)字量，大為簡(jiǎn)化了電能表的設(shè)計(jì)，而且計(jì)量精度較高，成本可接受。采用該方法對(duì)MCU沒有特殊要求，故本文采用該方案進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
1．2 顯示方案
1)計(jì)數(shù)圈：電能計(jì)量芯片輸出的脈沖驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，然后帶動(dòng)計(jì)數(shù)圈計(jì)數(shù)。此法簡(jiǎn)單，而且跟傳統(tǒng)感應(yīng)電表顯示方法相同，但顯示內(nèi)容過于簡(jiǎn)單，容易出現(xiàn)卡死的情況，不能滿足新型電能表的要求。
2)數(shù)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(shù)碼管工作電流太大，采用電池供電時(shí)無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間工作，而且國(guó)家電網(wǎng)對(duì)電能表的功耗有比較嚴(yán)格的要求，顯然不滿足要求。
3)段式LCD：段式LCD常用在計(jì)算器等電池供電設(shè)備上，顯示內(nèi)容比較豐富，功耗只有uA級(jí)，可大為降低系統(tǒng)功耗，但工作時(shí)需要外加驅(qū)動(dòng)芯片如HT1621等。顯然段式LCD是比較理想的選擇。

2 系統(tǒng)介紹
2．1系統(tǒng)方案
系統(tǒng)分為兩部分：電能計(jì)量部分和紅外數(shù)據(jù)采集部分，分別在兩塊電路板上實(shí)現(xiàn)，以下分為兩部分介紹：
1)電能計(jì)量部分：系統(tǒng)方框圖如圖1所示。