1.2.1国外智能电表的研究现状

1.2.2国内智能电表的研究现状

1.3 本文主要内容

本课题利用专门的电能计量芯片，与51单片机结合，完成了一个功能较为简单的智能电表，可以实现计量功能，并可输出有功无功功率进行校表；存储功能，可存储电量信息；显示功能，可显示电量、时间、电费等信息；通信功能，可通过 RS485与上位机进行通信。主要内容如下：

（1）第一章绪论主要阐述了智能电表的研究背景研究意义以及国内外的研究现状，介绍了国内外智能电表的发展特点，分析了国内外智能电表的技术差距。

（2）第二章主要介绍了智能电表设计的基本原理和设计方案。并利用Matlab软件比较了FFT和加窗插值FFT两种谐波计算方法。

（3）第三章详细介绍了智能电表的硬件设计思路和具体实现方法。源:自/优尔~·论,文'网·www.youerw.com/

（4）第四章是对第二章中的硬件电路部分功能进行仿真。

（5）第五章详细介绍了电表软件部分设计的思想和具体实现方法。

（6）最后是总结与致谢。

2 智能电表的总体方案及基本原理

2.1 设计方案选择

目前，智能电表常用的设计方案有三种：一种是“MCU+专用电能计量芯片”的方案。此方案是通过采集电路将采集到的符合芯片承受范围的电压和电流输入到计量芯片中。专用计量芯片实际上是AD采样和DSP技术的集成，通过芯片内部功能计算可以得到电压、电流有效值以及功率电能等参数，结果送单片机处理并显示出来[11]。第二种是 “ADC+DSP+MCU”的方案，信号通过AD采样，进入DSP作数据运算处理，然后将所得到的电参量送至单片机，并通过单片机的数据的控制管理然后显示出来[25]。DSP 是高速的数据处理 CPU，其优势在于数据计算。诸如电压、电流、功率、电能测量、谐波和失真度分析都可以通过 DSP 方便实现[11]。第三种采用的是单片解决方案，它将电表的所有功能集成在一块芯片上，应用在电能计量领域[12]。单片解决方案集成度高、抗干扰能力强，将是未来电能表的发展方向，但由于SOC 在制造工艺技术上还有些缺陷，尚未普及。

表2-1   设计方案比较

方案 成本 外围电路 集成度 稳定性 能耗

专用计量芯片+MCU 一般 一般 一般 一般 低

ADC+DSP+MCU 较高 复杂 较低 一般 较高

经比较，虽然专用计量芯片所实现的计算功能没有DSP芯片强大，数据处理的速度也没有后者快，但根据设计的简便以及设计成本考虑，仍选择第一种“MCU+专用计量芯片”的设计方案。

2.2 电量测量原理

电能表的主要作用就是进行电能的采集和计算。电能是功率对时间的积分，因此电能计量的过程就是对功率连续测量后与时间累积的结果，把单位时间内吸收或释放的电能定义为该电路功率[2]。在交流系统中，设交流电压和电流的瞬时表达式为 、 。

有功功率 计算如下：

其中U为电压有效值，I为电流有效值。

有功功率如下：      (2-4)