单相智能电能表系统的软件设计

摘要：电能表是我国在电工仪表行业中产量最大的产品，由于高新技术的快速发展，尤其是电子信息技术，高精度、电子式、自动抄表、多功能、多费率等产品已渐渐发展成为电能表的主流，逐渐突显出了它们的优势。

关键词：电能表；智能化；智能电表

在1880年诞生了电能表，而十九世纪末逐步形成感应系统电能仪表制造这一理论，而后，以适应工业化与电能管理现代化所需，电子式电能表也随之出现。起初仍依靠于感应系测量机构，仅仅把表盘的旋变化为电脉冲；随后便有了许多以乘法器为原理，需要以访问很多个信息和要求电价器具及决策之间可以双向通信才得以实现电能管理现代化的电子式电能表。由于数字乘法器型电子式电能表，适合跟配电自动化系统集成，并且扩展功能方便，即将成为电子式电能表的主要发展道路。

随着国家持续不断的发展，电力为居民和工业上的用电需求做出了很大共享，使电力能源供需矛盾得到有效解决，发展成为我国最重要能源之一。同时，随着计算机技术、电子技术等多种先进技术的发展，给予供与用电部门、物业管理和居委会的供电管理过程更自动化、规范化、网络化。伴随着电表的发展转型，先后出现了卡式电表、电表盒、IC卡电表、电子水表、电表通讯接口和其他类型的表。使用远程自动抄表系统，使传统人工抄表的自动化程度弱、可靠性低、效率低等问题得到有效解决。

在电子式电能表技术的发展进步中，越来越多的用户开始关注电表的起动灵敏度、轻载准确度、防潜动可靠性、谐波下计量的准确性和轻载准确度等性能。希望电表达到以下要求：

①精度高：起动电流及精度的实际要求最低为该等级50%；

②非线性下计量准确：包括有功和无功；

③功率、电压功率因数以及电流等实时参数有比现在还高的精度；

④影响量尤其是各类干扰的影响量要求更加严格；

⑤量程宽：越来越多的用户选择使用8-10倍率，甚至20倍率。

目前智能电表根据预付费方式可以分为以下几种：

① 插卡式预付费电能表

② 射频卡预付费电能表

③ 红外遥控预付费电能表

④ 集中电子式预付费电能表

⑤ GPS预付费电能表

而目前现有的射频卡预付费智能电表功能无法满足中国网新标准为单相电表设计所提出的设计要求，本文旨在原有的射频卡预付费智能电表的基础上，对智能电表进行软件上的研究和改进。

智能电能表的软件实现

宽频单相智能电能表系统软件使有功电能的通信、分时计量以及显示得以实现。按具体的功能实现，软件由包括一个1/1200S中断、一个SCI接收中断、一个IRQ低电平外部中断、一个串口采样中断的中断部分和包括通信规约解释子程序、显示程序、初始化、电量处理程序、时钟处理程序的主程序部分2部分组成。

基于更多的电能表的硬件电路设计，电能表操作过程可以表示为：

（1） 当ade7763芯片不输出电能脉冲和方向脉冲和中断脉冲，单片机ATmega 16循环执行明确的看门狗程序，执行显示所积累的能量值显示程序，以确定是否更新周期，判断是否或不是红外通信时，读ade7763瞬时电流和电压瞬时值注册登记，以确定是否过流或过压或欠压保护。

（2）当ade7763芯片功率输出引脚和电源方向指示器引脚输出脉冲，中断服务程序根据存储在pcf8563p时钟芯片的时隙的参数和实时时钟值来确定当前时间段，单片机响应外部中断电荷积累。结果被存储到扩展的数据存储，然后退出中断服务例程的过程（1）。

在电能表当单片机ATmega 16芯片寄存器读ade7763获得瞬时电流，暂态电压，瞬时功率，设置ade7763寄存器的值，是通过调用的程序实现。

LCD显示程序

在电能表显示的内容包括时间，数量，单位为伏特，单位为安培的电流。

电度计量程序

电能计量主要是通过基于加强的AVR RISC结构中低功耗8位CMOS微控制器的单片机ATmega16实现结构的结构，因为它先进的单时钟周期指令执行时间和指令集，ATmega16参考数据吞吐量高达1 MIPS/MHz，降低了处理速度和系统功耗间的矛盾。

ATmega 16 AVR单片机内核有32个通用工作寄存器和许多指令集。全部寄存器与算术逻辑单元（ALU）直接连接，这个指令可以在一个时钟周期内同时访问2个独立的寄存器。这种较普通的CISC微控制器高10倍的数据吞吐率的结构使代码的效率有了较大幅度的提高。

软件系统调试

在软件编程完成以后，必须对系统进行调试，以便系统可以按设计的意图正常的运行。系统调试由软件调试和硬件调试两个部分组成，软硬件的调试是不可能绝对分开的，软件的调试可能需要硬件的控制及测试，硬件的调试常常也需要利用调试软件来完成。

利用开发工具进行在线仿真调试，发现并纠正错误程序的同时，发现硬件的故障是软件调试的任务。

程序的调试是先单独调试每个功能的子程序，检查程序接口的控制是否正常，可否实现预期功能；最后再依次将每个子程序连接起来进行总调试，并不是一个模块一个模块进行的。（作者单位：郑州华信学院）

参考文献

[1]余锡华，曹国华. 单片机原理及接口技术[M]. 西安：西安电子科技大学出版社，2006

[2]王威，刘佳，张志雄，王挺，杨平. 基于Proteus和Keil的单片机虚拟仿真平台的设计-上海电子学院学报2009.25：第三版