淺談數(shù)字電度表的核心硬件的選擇

范瑩 張惠芳 謝士春 李雪竹

安徽省宿州市宿州學(xué)院信息工程學(xué)院

淺談數(shù)字電度表的核心硬件的選擇

范瑩 張惠芳 謝士春 李雪竹

安徽省宿州市宿州學(xué)院信息工程學(xué)院

工欲善其事必先利其器。合適的硬件器材可以做出性能優(yōu)質(zhì)的數(shù)字電度表。本文主要探討運(yùn)用于學(xué)生宿舍的數(shù)字電度表的硬件選擇。

科技 數(shù)字電度表 單片機(jī) 芯片

1 研究背景

21世紀(jì)，是一個(gè)信息多元化的時(shí)代，是一個(gè)科技“主宰”社會(huì)生活的時(shí)代。我們每個(gè)人都擁有不同的科技產(chǎn)品，日常生活中最常見的手機(jī)、電腦、吹風(fēng)機(jī)等都給我們的生活帶來了不可描述的便利?？萍嫉挠绊懥κ謴?qiáng)大，但凡事都有兩面性，科技使我們的生活豐富多彩，但同時(shí)也在消耗著我們“家園”里的大量資源。無論是我們熟悉的電能、水、或者土地、糧食，還是我們不熟悉的一些地球上必不可少的資源每天都在被大量消耗。地球“赤”字的情況已經(jīng)十分嚴(yán)重。當(dāng)下，合理使用資源，選擇合適的器材去創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的科技產(chǎn)品已經(jīng)成為21世紀(jì)時(shí)代的潮流。

2 研究意義

眾所周知，我們當(dāng)前所處的社會(huì)是一個(gè)充滿電子產(chǎn)品的社會(huì)，是一個(gè)機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的社會(huì)。但資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，已經(jīng)開始使人們逐漸從科技帶來生活便利的盲目喜悅中脫離出來，開始思考能源問題。

電能是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畈豢扇鄙俚哪茉粗?，電能的浪費(fèi)對(duì)我們的生活百害而無一例。本文主要從龐大的學(xué)生群體出發(fā)，探討如何選擇一些合適的器材，可以制造出性能優(yōu)良，功能多樣價(jià)格便宜，輕巧易裝的運(yùn)用于學(xué)生宿舍電能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)字電度表。一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生宿舍用電量的監(jiān)測(cè)，提高學(xué)生的節(jié)電節(jié)能意識(shí)；另一方面積極響應(yīng)國家節(jié)能減排政策的號(hào)召，做到合理利用資源，合理利用器材，創(chuàng)造一個(gè)更加優(yōu)質(zhì)的生活環(huán)境。

3 器材的選擇

3.1 單片機(jī)的選擇

單片機(jī)屬于數(shù)字電度表的核心控制模塊，它是數(shù)字電度表最重要的硬件之一，核心控制模塊的主要功能也是由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。所以選擇一個(gè)性能良好、價(jià)格合理的單片機(jī)是制作數(shù)字電度表時(shí)首先要考慮的問題。

本文研究的數(shù)字電度表主要運(yùn)用在學(xué)生宿舍的電量監(jiān)測(cè)方面，它的主要功能是測(cè)量學(xué)生宿舍每月的用電量，計(jì)算出每月電費(fèi)，設(shè)置一個(gè)用電量上限數(shù)值，當(dāng)超過此數(shù)值時(shí)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，提醒學(xué)生上交電費(fèi)。根據(jù)以上功能，本文研究的數(shù)字電度表選擇的是單片機(jī)8051。

單片機(jī)8051屬于MS-51單片機(jī)，是美國INTEL公司生產(chǎn)的最早最典型的產(chǎn)品。它主要具有精度高，誤差??；輸出頻率，可以提供實(shí)時(shí)有功功率；防潛動(dòng)，安全性能好；低功耗，封裝嚴(yán)謹(jǐn)?shù)裙δ芴攸c(diǎn)，非常適合學(xué)生宿舍數(shù)字電度表的設(shè)計(jì)。

3.2 電能計(jì)量芯片的選擇

電能計(jì)量芯片屬于數(shù)字電度表的電能計(jì)量模塊，它是數(shù)字電度表必不可少的模塊之一。它主要實(shí)現(xiàn)的功能就是采集學(xué)生宿舍里不同種類的電子器材的電壓和電流的模擬信號(hào)，將它們轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后根據(jù)正規(guī)的電能計(jì)算公式計(jì)算出用電量，將其傳送給核心控制模塊。

本文探討的數(shù)字電度表主要選擇的是ADE7755芯片。ADE7755芯片是一種主要用于測(cè)量集成電路的芯片，準(zhǔn)確度比較高。它的芯片內(nèi)部含有兩個(gè)ADC，可以快速的將采集到的電壓電流的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。即使是一些微小的、不易察覺的電流，也可以通過自身所帶的PGA進(jìn)行信號(hào)放大。至于電流或電壓通道中的HPF、LPF等作用也十分明顯。除此之外，ADE7755芯片價(jià)格便宜、性價(jià)比高、市場(chǎng)上很容易買到，是設(shè)計(jì)數(shù)字電度表比較好的計(jì)量芯片選擇。

3.3 顯示器材的選擇

顯示器材，顧名思義，就是顯示數(shù)字電度表在學(xué)生宿舍電能測(cè)量過程中的電量大小。這里我們把時(shí)鐘芯片的選擇也歸為顯示器材類，因?yàn)闀r(shí)鐘芯片的主要作用就是為數(shù)字電度表提供實(shí)時(shí)的時(shí)間顯示。

首先我們講一下顯示屏幕的選擇。本次設(shè)計(jì)的顯示屏幕我們選擇的是LCD1602顯示器。LCD1602是市面上比較常見的，應(yīng)用比較廣泛的一種極低功耗的液晶顯示器件，它具有顯示質(zhì)量高、重量輕、壽命長，字跡清晰美觀等特點(diǎn)，是設(shè)計(jì)數(shù)字電度表的一種很好選擇。其次是時(shí)鐘芯片的選擇。時(shí)鐘芯片我們選擇的是DS1302芯片。DS1302一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它具備我們?cè)O(shè)計(jì)數(shù)字電度表所需要的基本功能。

4 研究總結(jié)

由于篇幅有限，本文主要探討數(shù)字電度表中的一些重要模塊，至于其他的電能計(jì)量模塊、信息存儲(chǔ)模塊等，在這里不再進(jìn)行一一陳述。本文數(shù)字電度表的設(shè)計(jì)主要使用了單片機(jī)8051、電能計(jì)量芯片ADE7755、顯示器LCD1602和時(shí)鐘芯片DS1302，目前在技術(shù)上還存在很大的不足。今后一定會(huì)繼續(xù)研究，努力完善，制造出性能優(yōu)良、功能完備數(shù)字電度表，為保護(hù)地球資源貢獻(xiàn)一份力量。

[1]李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)[M],北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2001:1-55

[2]劉玉豐.單相電能儀表專用芯片AD7755[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2001(4):19-22

[3]翁家民,馮建勤,陶春鳴.單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)技術(shù)[M].中國電力出版社,2009:1-206

《基于單片機(jī)的數(shù)字電度表在電能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)》項(xiàng)目編號(hào)：201510379032。