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[摘 要 ]本论文主要设计研究智能化技术在电气工程自动化控制电表中的运用，其主要特点是以STC89C52单片机为核心，实现电能的积算、数据的显示、控制电源的定时开启关闭，同时具有记忆电路，完成电表信号的读、写处理，监控电表工作的功能。本文深入的对智能化技术、电气工程自动化控制的运用深入的分析，剖析了智能电表的电路、时钟模块、工作原理等方面，为智能电表的设计与应用提供参考。
[关键词]单片机;电能检测;智能电表
[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）08–000–03
Application Analysis of Intelligent Technology in Electric Engineering
Automation Control Ammeter
Ma Yuan
[Abstract]This paper mainly designs and studies the application of intelligent technology in electrical engineering automatic control ammeter. Its main feature is that it takes STC89C52 single chip microcomputer as the core to realize the energy accumulation， data display， control power timing on and off， at the same time， it has the memory circuit， completes the reading and writing processing of the meter signal， and monitors the work of the meter. This paper deeply analyzes the application of intelligent technology and electrical engineering automation control， analyzes the circuit， clock module， working principle and other aspects of intelligent meter， so as to provide reference for the design and application of intelligent meter.
[Keywords]single chip microcomputer; electric energy detection; intelligent meter
1 智能電表的概念
智能电表是科技时代的新产物，能够进行测量、数据处理，测量单元、数据处理单元是其重要组成部分。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。与传统的电能表相比。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电表，并且它能够通过端口与外部时钟进行通讯。电表诞生于1880年，最早的电表是以电磁感应为基本原理制造而成。为了满足工业化和电源管理发展的需要，电子仪表已经出现。基于感应原始电子仪表仍然具有测量的功能，但所述盘的旋转成为一个电脉冲;其次是基于乘数原理的电子式电能表，数字倍增器电子仪表具有扩展功能，适用于自动化系统集成等特点，已成为当今电表的主要发展方向。
目前，智能电表主要分为电感式、电子式和智能型等几种类型，我国生产的电能表不仅可以满足地区和国家的市场需求，而且还有价格优势。因此，中国的电能表在世界各个市场都具有良好的竞争水平。随着中国电网的不断智能化，我们对电表等电能计量装置的要求也在不断提高。中国的电网技术与国外的相关科技差别不大。同时，它还是低碳经济，可持续发展道路的重要部分，因此其发展前景相当乐观。与国外同类产品相比，中国智能电表具有完善、规范、分类单价和控制负荷的功能，均高于其他国家。它更能满足中国现代智能电网建设的需要。
2 智能电表在智能电网中的应用
从总体上看，智能电表和AMI的建立是智能电网建设的基础，从功能角度来看，智能电表的系统建设分为5个层次。随着高级数据的收集和需求响应能力的提升，智能计量系统开始进入到高峰时间段。智能电网自动运行速度的提升、能源的节省、运行成本的把控都依赖AMR和AMI的建设，AMI通过智能电表终端和主站的建设能够完成双向计量和通信。在智能电网中智能电网的功能具体表现在以下几个方面：①结算和账务。通过智能电报能够精准对电网数据信息进行处理，在账务处理方面简化操作流程。在电力市场环境下，调度人员能够及时转换和调节零售商，从而帮助用户获取更为精准的数据信息。②配网状态的运行估计。配网潮流分布信息不够准确，而出现这种现象的原因是信息呈现出网络分布格局，需要对用户测试点的测量才能够获取数据信息，通过大量的数据测试和整合管理能够预估出数据信息的精准度。③实现电能质量与供电可靠性监测。智能电表可以实时监控电能质量和供电状态，及时、准确地应对客户投诉，并提前采取措施，防止电能质量问题的发生。
3 智能化技术在职能电表中的运用分析
3.1 单片机的方案选择
方案一：51系列单片机。51单片机是一种基于继电器控制并整合了其他一些先进的设备以及相关软件系统所构建的一种新型控制器。例如常用到的设备以及软件有：微型电动机、传输电路、信号接收器以及相关控制软件等。相比于传统的控制器系统来说，新型控制器主要存在以下特点：反应灵敏、安全性能高、稳定性较强、适用范围广以及维护性较容易等。 方案二：MSP430单片机。MSP430单片机主要是集成16位功耗、精简指令，在单片机上具有各种驱动功能，但是缺点也较为明显，主要是操作时较为麻烦，不适合较为复杂操作简单的程序。
因此，从以上方案来看，由于智能电表系统操作较为简单。所以，在电气控制系统当中，应当选择51单片机为系统的单片机方案。
3.2 数字时钟方案
数字时钟是本设计的最重要的部分，有2种方案可以选择。
方案一：本方案时钟芯片DS1302。该芯片的消耗功能较低，且性能较高。能与微控制器同步通信，并能够以突发模式传输多个字节的时钟和RAM数据一时间实时时钟可以提供年、月、日、周、小时、秒，每月可自动调整不到31d，并具有闰年补偿。工作电压为2.5～5.5 V。它由双电源供电（主电源和备用电源），或者可以使用备用电源进行设置，该备用电源能够以精细电流为备用电源充电。
方案二：通过软件来实现数字时钟。该系统主要是通过单片机存储当中的字节当中来连接单片机实现数据的现实，但是这种方案较为简单，在每次进行计时都要清零才能进行使用，所以该定时器的精度较低。
基于本设计精度的考虑，这里采用方案一完成数字时钟的功能。
3.3 基于單片机的智能电表的设计系统方案
本设计选用ADE7755制作电能检测模块。通过选择两个电源方案来进行供电，其中包括主电源和备用电源，通过设置相应的电源备用方式来反应该供电方式的充电能力，使其在断电的情况下也能及时使用。同时采用LCD1602液晶显示，通过软件编程可以完成更多的附加功能，对单片的利用率更高，更加能满足现代生活的需要。其中通过对电表的设计、开馆时间的设置来进行对智能电表系统的调节。该智能电表主要包含7个方面的功能：电源、时钟模块、电能模块、单片机、LCD显示屏、键盘和继电器电路即可满足设计要求。如七部分电路组成：①将电源设为5 V直流电;②时钟模块采用DS1302;③电能检测芯片采用ADE7755;④芯片采用单片机STC89C51;⑤显示部分采用LCD1602显示屏来显示;⑥继电器电路由三极管和继电器组成;⑦按键用来调节时间和定时开关机。
4 系统硬件设计
4.1 单片机设计方案
目前在单片机系统中，主要选择的是8XC5X的微型芯片控制器。在该芯片当中主要是采用MCS51为内核，这个内核功能较为齐全，而且性能较为稳定，能够通过单片机进行调试与编程。如常用的STC89C52单片机的工作原理是通过各种功能的输入/输出接口来控制设备执行各种指令，作为一种全新的技术手段，其设计的主要目的就是将复杂的操作要求和操作环境简单化，并进行合理处理。根据应用范围而言，PLC控制器在工业生产及众多领域都得到了广泛的运用，功能强大且效率非常高。
4.2 时钟日历芯片设计
DALLAS公司DS1302是一款高性能，低功耗实时时钟日历芯片，具有31字节静态RAM、三线接口、与CPU同步通信，以及突发模式下的多字节时钟信号和数据RAM。实时时钟提供秒、分、小时、天、周、月份和年份，每月不到31d可自动调整，并具有闰年补偿。2.5～5.5 V宽工作电压。双电源（主电源和备用电源）提供备用电源充电模式，并提供备份充电电流的功能。有双主用和备用电源引脚，由大电容备用电源（>1F）代替。需要强调的是DS1302需要使用32.768 KHz晶振。DS1302芯片引脚图参照图1。
4.3 电能检测系统的设计
电量计量电路，作用是检测IC卡智能电表的用电量。这里测量用电量的传感器选用ADE7755单相电能计量模块，它可以将用电量用模块输出多少个脉冲数来表示，如2.5～10 A脉冲数是6400，也就是指示灯闪6400下就一度电。当电流是2.5 A，电压是220 V，用电1h的脉冲数计量如下：电量是220×2.5A×1h=0.55kW·h电，脉冲数为：0.55×6400=3520个脉冲数。
5 智能电表使用带来的收益
①能源用户的收益。智能电表能够为用户提供更为精准的账务处理信息，并借助精准的用电信息来使得用户能够更好地参与到电力市场中，通过调节弹性需求来获取更多收益。②电力公司的收益。打造在智能电表上的智能化计量系统能够为电力计量、结算、用户服务、故障管理、电能质量评估提供精准的方案支持。在智能电表的作用下能够更好地监督电力系统运行发展，及时发现电力系统的运行问题，提高电力系统停电管理和用户服务管理效率，减少因为临时性负债或者停电造成的低压配电变化。③电力市场效益。通过使用可操作、可调控的分布式电源能够提升电网运行的信息响应速度超，从而强化电力市场竞争的可靠性。由于提高了对价格峰值的反应能力和反应价格，也会减少电力供应商运行过程中可能面临的市场风险。基于智能计量数据和用户挖掘数据的数据库技术还能够帮助电力零售商更好的了解客户用电需求，根据用户的用电需求来生产出有针对的产品。④社会效益和环境效益。智能计量系统在提升资源、能源利用率方面也起到了十分重要的作用，能够及时地反映出电力系统的能源消耗情况，促使用户网络、家庭自动化系统、供应商系统及时做出反应，在这个过程中不仅能够节省资源、能源的消耗。⑤水、汽、热等方面的收益。在智能电表的作用下还能够为水、汽、热等计量表的计算提供更为完善的电力供应支持，实现对各类资源和能源的高效率汇总应用，最终有效提升资源和能源的利用率。
6 总结
由于设计的LCD智能电表的重点在于软件程序的设计，本文通过利用电路设计原理图来对程序进行设计与实现，在研究中通过选择51单片机、时钟芯片、显示器来对该系统进行了设计，在经过对系统的仔细分析、软件调试、检查核对后发现，在智能表系统当中有部分数值设计不太合理，为了解决这些问题，必须要改善设计过程，通过改善后，只能电表系统通过测控制系统，并为控制系统设定了显示功能，各项性能稳定，基本达到了预期的要求。相信在以后的研究中，随着专业知识的拓展和相关研究的加深，这些问题都会得到解决，基于单片机控制的理论研究会越来越完善，单片机控制的智能电梯系统一定会造福人类。
参考文献
[1] 康华光.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2008.
[2] 王晋凯.简简单单学通51单片机开发[M].北京：清华大学出版社，2014.
[3] 宋雪松.手把手教你学51单片机[M].北京：清华大学出版社，2014.
[4] 吴险峰.51单片机项目教程（C语言版）[M].北京：人民邮电出版社，2016.
[5] 张毅刚.单片机原理及接口技术[M].北京：人民邮电出版社，2016.
[6] 王建.88例学会51单片机[M].北京：中国电力出版社，2014.
[7] 汤嘉立.51单片机C语言轻松入门[M].北京：电子工业出版社，2016.
[8] 张鑫.单片机原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2014.
[9] 耿英会.智能化技术在电气工程自动化控制中的应用[J].科技创新导报，2012（2）：72.
[10] 王悦.浅析智能化技术在电气工程自动化控制中的应用[J].绿色环保建材，2017（9）：220.
[关键词]单片机;电能检测;智能电表
[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）08–000–03
Application Analysis of Intelligent Technology in Electric Engineering
Automation Control Ammeter
Ma Yuan
[Abstract]This paper mainly designs and studies the application of intelligent technology in electrical engineering automatic control ammeter. Its main feature is that it takes STC89C52 single chip microcomputer as the core to realize the energy accumulation， data display， control power timing on and off， at the same time， it has the memory circuit， completes the reading and writing processing of the meter signal， and monitors the work of the meter. This paper deeply analyzes the application of intelligent technology and electrical engineering automation control， analyzes the circuit， clock module， working principle and other aspects of intelligent meter， so as to provide reference for the design and application of intelligent meter.
[Keywords]single chip microcomputer; electric energy detection; intelligent meter
1 智能電表的概念
智能电表是科技时代的新产物，能够进行测量、数据处理，测量单元、数据处理单元是其重要组成部分。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。与传统的电能表相比。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电表，并且它能够通过端口与外部时钟进行通讯。电表诞生于1880年，最早的电表是以电磁感应为基本原理制造而成。为了满足工业化和电源管理发展的需要，电子仪表已经出现。基于感应原始电子仪表仍然具有测量的功能，但所述盘的旋转成为一个电脉冲;其次是基于乘数原理的电子式电能表，数字倍增器电子仪表具有扩展功能，适用于自动化系统集成等特点，已成为当今电表的主要发展方向。
目前，智能电表主要分为电感式、电子式和智能型等几种类型，我国生产的电能表不仅可以满足地区和国家的市场需求，而且还有价格优势。因此，中国的电能表在世界各个市场都具有良好的竞争水平。随着中国电网的不断智能化，我们对电表等电能计量装置的要求也在不断提高。中国的电网技术与国外的相关科技差别不大。同时，它还是低碳经济，可持续发展道路的重要部分，因此其发展前景相当乐观。与国外同类产品相比，中国智能电表具有完善、规范、分类单价和控制负荷的功能，均高于其他国家。它更能满足中国现代智能电网建设的需要。
2 智能电表在智能电网中的应用
从总体上看，智能电表和AMI的建立是智能电网建设的基础，从功能角度来看，智能电表的系统建设分为5个层次。随着高级数据的收集和需求响应能力的提升，智能计量系统开始进入到高峰时间段。智能电网自动运行速度的提升、能源的节省、运行成本的把控都依赖AMR和AMI的建设，AMI通过智能电表终端和主站的建设能够完成双向计量和通信。在智能电网中智能电网的功能具体表现在以下几个方面：①结算和账务。通过智能电报能够精准对电网数据信息进行处理，在账务处理方面简化操作流程。在电力市场环境下，调度人员能够及时转换和调节零售商，从而帮助用户获取更为精准的数据信息。②配网状态的运行估计。配网潮流分布信息不够准确，而出现这种现象的原因是信息呈现出网络分布格局，需要对用户测试点的测量才能够获取数据信息，通过大量的数据测试和整合管理能够预估出数据信息的精准度。③实现电能质量与供电可靠性监测。智能电表可以实时监控电能质量和供电状态，及时、准确地应对客户投诉，并提前采取措施，防止电能质量问题的发生。
3 智能化技术在职能电表中的运用分析
3.1 单片机的方案选择
方案一：51系列单片机。51单片机是一种基于继电器控制并整合了其他一些先进的设备以及相关软件系统所构建的一种新型控制器。例如常用到的设备以及软件有：微型电动机、传输电路、信号接收器以及相关控制软件等。相比于传统的控制器系统来说，新型控制器主要存在以下特点：反应灵敏、安全性能高、稳定性较强、适用范围广以及维护性较容易等。 方案二：MSP430单片机。MSP430单片机主要是集成16位功耗、精简指令，在单片机上具有各种驱动功能，但是缺点也较为明显，主要是操作时较为麻烦，不适合较为复杂操作简单的程序。
因此，从以上方案来看，由于智能电表系统操作较为简单。所以，在电气控制系统当中，应当选择51单片机为系统的单片机方案。
3.2 数字时钟方案
数字时钟是本设计的最重要的部分，有2种方案可以选择。
方案一：本方案时钟芯片DS1302。该芯片的消耗功能较低，且性能较高。能与微控制器同步通信，并能够以突发模式传输多个字节的时钟和RAM数据一时间实时时钟可以提供年、月、日、周、小时、秒，每月可自动调整不到31d，并具有闰年补偿。工作电压为2.5～5.5 V。它由双电源供电（主电源和备用电源），或者可以使用备用电源进行设置，该备用电源能够以精细电流为备用电源充电。
方案二：通过软件来实现数字时钟。该系统主要是通过单片机存储当中的字节当中来连接单片机实现数据的现实，但是这种方案较为简单，在每次进行计时都要清零才能进行使用，所以该定时器的精度较低。
基于本设计精度的考虑，这里采用方案一完成数字时钟的功能。
3.3 基于單片机的智能电表的设计系统方案
本设计选用ADE7755制作电能检测模块。通过选择两个电源方案来进行供电，其中包括主电源和备用电源，通过设置相应的电源备用方式来反应该供电方式的充电能力，使其在断电的情况下也能及时使用。同时采用LCD1602液晶显示，通过软件编程可以完成更多的附加功能，对单片的利用率更高，更加能满足现代生活的需要。其中通过对电表的设计、开馆时间的设置来进行对智能电表系统的调节。该智能电表主要包含7个方面的功能：电源、时钟模块、电能模块、单片机、LCD显示屏、键盘和继电器电路即可满足设计要求。如七部分电路组成：①将电源设为5 V直流电;②时钟模块采用DS1302;③电能检测芯片采用ADE7755;④芯片采用单片机STC89C51;⑤显示部分采用LCD1602显示屏来显示;⑥继电器电路由三极管和继电器组成;⑦按键用来调节时间和定时开关机。
4 系统硬件设计
4.1 单片机设计方案
目前在单片机系统中，主要选择的是8XC5X的微型芯片控制器。在该芯片当中主要是采用MCS51为内核，这个内核功能较为齐全，而且性能较为稳定，能够通过单片机进行调试与编程。如常用的STC89C52单片机的工作原理是通过各种功能的输入/输出接口来控制设备执行各种指令，作为一种全新的技术手段，其设计的主要目的就是将复杂的操作要求和操作环境简单化，并进行合理处理。根据应用范围而言，PLC控制器在工业生产及众多领域都得到了广泛的运用，功能强大且效率非常高。
4.2 时钟日历芯片设计
DALLAS公司DS1302是一款高性能，低功耗实时时钟日历芯片，具有31字节静态RAM、三线接口、与CPU同步通信，以及突发模式下的多字节时钟信号和数据RAM。实时时钟提供秒、分、小时、天、周、月份和年份，每月不到31d可自动调整，并具有闰年补偿。2.5～5.5 V宽工作电压。双电源（主电源和备用电源）提供备用电源充电模式，并提供备份充电电流的功能。有双主用和备用电源引脚，由大电容备用电源（>1F）代替。需要强调的是DS1302需要使用32.768 KHz晶振。DS1302芯片引脚图参照图1。
4.3 电能检测系统的设计
电量计量电路，作用是检测IC卡智能电表的用电量。这里测量用电量的传感器选用ADE7755单相电能计量模块，它可以将用电量用模块输出多少个脉冲数来表示，如2.5～10 A脉冲数是6400，也就是指示灯闪6400下就一度电。当电流是2.5 A，电压是220 V，用电1h的脉冲数计量如下：电量是220×2.5A×1h=0.55kW·h电，脉冲数为：0.55×6400=3520个脉冲数。
5 智能电表使用带来的收益
①能源用户的收益。智能电表能够为用户提供更为精准的账务处理信息，并借助精准的用电信息来使得用户能够更好地参与到电力市场中，通过调节弹性需求来获取更多收益。②电力公司的收益。打造在智能电表上的智能化计量系统能够为电力计量、结算、用户服务、故障管理、电能质量评估提供精准的方案支持。在智能电表的作用下能够更好地监督电力系统运行发展，及时发现电力系统的运行问题，提高电力系统停电管理和用户服务管理效率，减少因为临时性负债或者停电造成的低压配电变化。③电力市场效益。通过使用可操作、可调控的分布式电源能够提升电网运行的信息响应速度超，从而强化电力市场竞争的可靠性。由于提高了对价格峰值的反应能力和反应价格，也会减少电力供应商运行过程中可能面临的市场风险。基于智能计量数据和用户挖掘数据的数据库技术还能够帮助电力零售商更好的了解客户用电需求，根据用户的用电需求来生产出有针对的产品。④社会效益和环境效益。智能计量系统在提升资源、能源利用率方面也起到了十分重要的作用，能够及时地反映出电力系统的能源消耗情况，促使用户网络、家庭自动化系统、供应商系统及时做出反应，在这个过程中不仅能够节省资源、能源的消耗。⑤水、汽、热等方面的收益。在智能电表的作用下还能够为水、汽、热等计量表的计算提供更为完善的电力供应支持，实现对各类资源和能源的高效率汇总应用，最终有效提升资源和能源的利用率。
6 总结
由于设计的LCD智能电表的重点在于软件程序的设计，本文通过利用电路设计原理图来对程序进行设计与实现，在研究中通过选择51单片机、时钟芯片、显示器来对该系统进行了设计，在经过对系统的仔细分析、软件调试、检查核对后发现，在智能表系统当中有部分数值设计不太合理，为了解决这些问题，必须要改善设计过程，通过改善后，只能电表系统通过测控制系统，并为控制系统设定了显示功能，各项性能稳定，基本达到了预期的要求。相信在以后的研究中，随着专业知识的拓展和相关研究的加深，这些问题都会得到解决，基于单片机控制的理论研究会越来越完善，单片机控制的智能电梯系统一定会造福人类。
参考文献
[1] 康华光.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2008.
[2] 王晋凯.简简单单学通51单片机开发[M].北京：清华大学出版社，2014.
[3] 宋雪松.手把手教你学51单片机[M].北京：清华大学出版社，2014.
[4] 吴险峰.51单片机项目教程（C语言版）[M].北京：人民邮电出版社，2016.
[5] 张毅刚.单片机原理及接口技术[M].北京：人民邮电出版社，2016.
[6] 王建.88例学会51单片机[M].北京：中国电力出版社，2014.
[7] 汤嘉立.51单片机C语言轻松入门[M].北京：电子工业出版社，2016.
[8] 张鑫.单片机原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2014.
[9] 耿英会.智能化技术在电气工程自动化控制中的应用[J].科技创新导报，2012（2）：72.
[10] 王悦.浅析智能化技术在电气工程自动化控制中的应用[J].绿色环保建材，2017（9）：220.