基于HT46F49E的低成本智能電表設計

摘要：針對國家電網出臺的新的電能標準，介紹一種低成本智能電表設計的基本原理及方案，設計了一種基于HT46F49E單片機和電能計量芯片ADE7755的低成本智能電表，同時采用了配合本方案的紅外數據采集系統。系統經驗證能夠正常工作，該設計不僅成本低廉、方法簡單，抗干擾能力強，具有較強的實用性和創新性。
關鍵詞：HT46F49E；ADE7755；低成本電能表；紅外數據采集

隨著能源價格的上漲，對電能計量的標準越來越高。傳統的感應式電能表存在計量精度差，功能單一，過載能力小，抗電磁干擾能力差的缺點，而且在2009年國家電網出臺了新的電能表標準，其中對新電能表各項標準有明確的規定。感應式電能表顯然已不能滿足市場要求，面臨被淘汰的局面，而早新存在于市場的電子式電能表也沒有統一標準，很多不符合國家電網新標準也將會被淘汰。這必然會導致大量新的滿足國家電網家電新標準的電子式電能表出現，筆者在此背景下設計了一種低成本單相電子式電能表方案，該方案經過實踐證明是可行的。

1 方案的選擇
當前電能表的核心作用就是計量電能并將其顯示，因此本文只討論目前存在的計量和顯示的幾種典型方案。
1．1 計量方案
1)MCU+ADC：用ADC芯片采樣電壓和電流大小，然后相乘即為有功功率。此法對ADC芯片要求比較高，而且MCU(單片機)需要進行大量計算，MCU還要對電網中的諧波處理，對MCU的要求也很高，且成本較高，難以實現較高的精度。
2)MCU+電能計量芯片：市場上有很多的電能計量芯片，如ADE7755，CS5463，這類芯片內部集成了高精度模數轉換，諧波處理電路，乘法器電流等，可以將電能轉化為脈沖或是其他數字量，大為簡化了電能表的設計，而且計量精度較高，成本可接受。采用該方法對MCU沒有特殊要求，故本文采用該方案進行系統設計。
1．2 顯示方案
1)計數圈：電能計量芯片輸出的脈沖驅動步進電機，然后帶動計數圈計數。此法簡單，而且跟傳統感應電表顯示方法相同，但顯示內容過于簡單，容易出現卡死的情況，不能滿足新型電能表的要求。
2)數碼管：是最簡單方便的顯示方法，而且可以自發光，但是數碼管工作電流太大，采用電池供電時無法長時間工作，而且國家電網對電能表的功耗有比較嚴格的要求，顯然不滿足要求。
3)段式LCD：段式LCD常用在計算器等電池供電設備上，顯示內容比較豐富，功耗只有uA級，可大為降低系統功耗，但工作時需要外加驅動芯片如HT1621等。顯然段式LCD是比較理想的選擇。

2 系統介紹
2．1系統方案
系統分為兩部分：電能計量部分和紅外數據采集部分，分別在兩塊電路板上實現，以下分為兩部分介紹：
1)電能計量部分：系統方框圖如圖1所示。