AT89S52单片机单相智能电表设计+流程图+仿真图(3)
3.3 电能测量模块的设计
3.3.1 电能计量方案选取
目前，常用的电能计量方案主要有采用数模转换电路的纯电阻式电路和采用电能芯片的模块化电路，它们的特点如下：
方案一：采用A/D转换芯片分别对电压、电流信号采样处理，然后送给单片机，经单片机计算，算出电能、功率等电量。该方案电路设计较麻烦，并且容易受外部干扰，准确度低，并且编程较麻烦[5]。
方案二：以电能计量芯片CS5460A为基础实现对电能等电量的采集和测量。CS5460A 是Crystal 公司推出的用于测电流、电压、功率等的芯片。CS5460A 包含两个ΔΣ模-数转换器（ADC）、高速电能计算功能和一个串行接口的高度集成的ΔΣ 模-数转换器。它可以精确测量和计算电压、电流、功率和电能，适用于研制开发单相2 线或3 线电能表。CS5460A具有自引导模式，上电后能够自动初始化。适用于用户数量大、分散的电能测量，且电表的成本较低便于控制，故本文采用此方案进行设计[6]。
3.3.2 CS5460A基本结构与性能
CS5460A的基本结构组成：电流、电压增益放大器、A/D模数转换器、高速数字滤波器、高通滤波器、功率计算引擎、片内电压基准、电源监视器、看门狗、内部时钟发生器、双向串行接口、电能、脉冲变换器、校准用SRAM。
性能：能量数据精确度在1000:1动态范围内精确度为0.1%；芯片功能:可以测量电能，具有电能与脉冲转换功能；通过串行EEPROM实现智能“自引导”，不需要微控制器；AC或DC系统校准；可驱动机计度器/步进马达；能量消耗小于12mw；为分流传感器提供优化的接口；具有相补偿功能；为单电源提供地参考信号；芯片上带有2.5V基准电压(最大温漂60Ppm)；具有简单的三线数字串行接口；具有看门狗定时器，电源监视器和电源配置功能。电源配置：
VA+=+5V,VA-=0V;VD+=+3V～+5V或VA+=2.5V,VA-=-2.5V;VD+=+3V
电能参数计量公式：
瞬时电压： (1)
瞬时电流： (2)
一个周期内的平均有功功率：
=
= (3)
一个周期内的电能： (4)
3.3.4 电能测量模块的构成
智能电表系统把经过前端信号调理电路处理的电压、电流信号送入电能测量芯片CS5460A，经放大、滤波、采样、计算，得出瞬时电压和瞬时电流值，根据公式3、4计算出电能值、有功功率，并将其写入对应的寄存器保存，然后单片机AT89S52读取对应寄存器中的电能值、瞬时电压、瞬时电流值，并送往液晶模块显示。CS5460A也可以将电能信号转化成脉冲信号，由EOUT口输出，以便于电能表的检测[7]。CS5460A与AT89S52的连接图如图4所示。
图4 CS5460A与单片机连接图
3.4 通讯模块的设计
AT89S52单片机的串行口的输入、输出均为TTL电平，这种以TTL电平串行传输数据的方式抗干扰性差、传输距离短、传输速率低。Max232芯片具有电平转换的功能, 兼容RS-232C标准。能够实现AT89S52的TTL电平与上位机的RS-232C电平匹配和双向通信[8]。并且在单相智能电表系统中，通讯数据不唯一，数据量较大，所以本文采用Max232芯片结合RS-232C的串口中断通信方式。
图5 通讯模块硬件接线图
在本文中,采用12MHz晶振，串行口选择工作方式1，以定时器T1作为波特率发生器，此时定时器T1相当于一个16位的计数器[9]。其波特率关系式如下: