基于ADE7757的智能电能计量系统(DIY完成)

zhaojun_xf 发表于 2011-8-8 13:42

<div class='showpostmsg'>我的DIY已经基本完成，后面将抽时间晒晒作品了。。。
 

 

 

 
 

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zhaojun_xf 发表于 2011-8-8 13:43

占楼用于发表作品图片

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

[ 本帖最后由 zhaojun_xf 于 2011-8-9 09:00 编辑 ]

zhaojun_xf 发表于 2011-8-8 13:43

占楼用于发表作品代码
 
原理图：
源代码：
元件清单：
 
清单都带图片的哦，容易采购：


[ 本帖最后由 zhaojun_xf 于 2011-8-10 17:29 编辑 ]

drjloveyou 发表于 2011-8-8 16:20

楼主神速啊:~o

zhaojun_xf 发表于 2011-8-8 17:20

zhaojun_xf 发表于 2011-8-9 09:03

本DIY算是完成了，控制芯片采用LPC1114，采用LCD1602显示，第一行显示欢迎界面；第二行前面5位显示脉冲，后面5位显示电能值。计数脉冲每1600个为一度电。

街头垃圾 发表于 2011-8-9 10:11

楼主神速啊

zhaojun_xf 发表于 2011-8-11 07:39

视频已经录制完成，使用热水壶烧一千多毫升水，并计量实际消耗的电能：
 htthttp://player.youku.com/player.php/sid/XMjkzNjUxMTg4/v.swf
 
烧一壶水只需要0.1度电，才1毛钱哦，便宜吧:lol :lol :lol 
 

[ 本帖最后由 zhaojun_xf 于 2011-8-11 16:28 编辑 ]

zhaojun_xf 发表于 2011-8-11 07:44

本电能表设计一共由三大块组成：
    1. ADE7757电能模块部分；
    2. LPC1114主控部分；
    3. 电源部分。
而PCB的设计也是分为了三个部分，如下图所示：
 

 
    PCB把三大部分分离开了，如绿线所示，但是由于PCB厂家因为多那那几个焊盘就要收取拼板费（有点恐怖吧，要多200块呢），所以实际制版中把那些焊盘去去掉了。
下面分别介绍这三部分电路：

[ 本帖最后由 zhaojun_xf 于 2011-8-11 07:51 编辑 ]

zhaojun_xf 发表于 2011-8-11 07:45

第一部分：ADE7757
 

 
    此部分电路应说是本设计的重点很难点，其中电路的设计关键在电压和电流采样上。
 
1. <SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA">通常电流传感器的电压输出可由通道V1接入ADE7757芯片.通道V1是一个全微分电压输入通道,V1P是正极输入,V1N是负极输入.特殊应用时,通道V1的最大微分信号应小于±30mV(相对于AGND),普通应用时为±6.25mV.很多设计者喜欢采用电阻采样来降低成本，但是这会带来一系列问题。如：由于电阻是与负载串联进行电流采样的，所以在控制板上必须与负载相连，对于大电流电路来说，恐怕是个危险的问题。而本设计则是采用电流互感器，这种器件虽然成本会高一些，但是电路简单，安全（完全隔离的），精度比较好，最为理想的是，负载根本不用与控制电路相连接，在应用时，只需要把负载火线从互感器中穿过。当负载工作时，互感器会根据负载流过的电流大小在采样端输出幅值不同的正弦信号。
<SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA"> 
<SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA">2. <SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA">电压传感器的电压输出则由通道V2接入ADE7757芯片.通道V2也是一个全微分电压输入通道,V2P是正极输入,V2N是负极输入.其最大微分信号为±165mV.输入电压以AGND为参考.这里首先是通过电压互感器把电压降低到1V左右，在通过电阻分压网络进行电压分压，此网络采用多个电阻串联和跳线并联，而且采用逐步减小的电阻，可以到达精确的电压调节功能。
<SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA"><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA"> 
<SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA"><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA">3. 虽然ADE7757内部自带2.5（±8%）的电压，但是由于误差范围比较大，这里使用了一个专业的基准电压产生芯片AD780提供高精度的基准电压。当然如没有必要这么高的精度，为了降低成本可以不焊接此芯片。
<SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA"> 
<SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA">4. 电能脉冲输出CF端口，连接了一个发光二极管，目的是为了查看脉冲输出。之后通过光耦隔离，减小与数字电路的干扰。
<SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA"> 
<SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA">5. 对于其他部分的电路就没有什么好介绍的了，安装数据手册设计即可。
<SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA"> 
<SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA"> 
<SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA">测试与调整：
<SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA"> 
<SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA">1. 为了能够使得电路能够正确工作，DIY时一定要有示波器，否则无法获知电路采用范围。
<SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA"> 
<SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA">2. 电流采用本电路采用范围为±10mV，而电流采样在±60mV，一般来说这两采样范围都选择最多范围的为1/3到2/3之间。
<SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA"> 
<SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA">3. 为了保证电路的准确性，必须要找寻一个标准，要吗是一个标准负载，可以知道在多少时间内消耗多少电能，要吗使用一个标准表，可以与本DIY电路串联，同时计量了解误差范围。
<SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA"> 
<SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 幼圆; mso-hansi-font-family: Arial; mso-bidi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA">    本设计时，是使用了一个标准的电能表，做为校正表，在测试时是与本表串联，同时计量一个负载的工作电能。在选择负载时要注意，太小的负载不容易检测，因为很长时间才有一个脉冲输出，所以建议使用1000~2000瓦左右的负载容易计量，例如热水壶是一个不错的选择。

[ 本帖最后由 zhaojun_xf 于 2011-8-11 08:35 编辑 ]

zhaojun_xf 发表于 2011-8-11 07:45

第二部分：LPC1114主控部分
 

 
1. 本电路主要由最小系统、调试电路、串口、看门狗复位、液晶显示、继电器控制和掉电存储等部分组成。
 
2. 液晶采用LCD1602，成本不高，但是显示效果不错，而成采用了背光控制。
 
3. 由于有220V电压引入所以为了保证复位的可靠性，电路采用专业的看门狗复位芯片SP706S，在调试时，建议不要开发看门狗，否则将无法调试，完成后再开，具体实现就是R35电阻的焊接问题。
 
4. 电能表一般需要在停电后能够保持上次的计量值，所以在电路中使用了EEPROM，起到掉电数据保护功能。
 
5. 为了控制负载输出，本电路使用了继电器控制输出，但是由于继电器的控制电流一般在10A一下，使用实际并没有使用，只有控制小负载时才可以使用，这一点一定要注意。
 
6. 电路还增加了按键和红外输入，用于开关控制和电能表清零工作。
 
7. 电路增加了串口，可以用于ISP程序下载和电能数据输出等工作。

[ 本帖最后由 zhaojun_xf 于 2011-8-11 08:46 编辑 ]

zhaojun_xf 发表于 2011-8-11 07:45

第三部分：电源部分
 

 
1. 本电路使用两种方式为系统提供电源，一种是直接通过220V进行阻容降压取电，一种是专门的外部电源供电。
 
2. 在开发时为了安全和稳定建议使用外部电源，完成后可以使用阻容降压，不过如果与外部通信，不建议使用阻容降压。

[ 本帖最后由 zhaojun_xf 于 2011-8-11 08:48 编辑 ]

chunyang 发表于 2011-8-11 12:16

供下载的附件就不要“收费”了吧……

aishuang 发表于 2011-8-11 15:58

:loveliness: 学习了！我也是做电能表的，希望有机会交流啦！QQ296015908

lyzhangxiang 发表于 2011-8-21 15:03

顶   楼主神速

zhaojun_xf 发表于 2011-9-19 08:07

在这次DIY之前一直比较害怕220V，曾经被电触过很多次，所以一直有畏惧感。这次DIY电能表当然也比较害怕，主要是两个方面，一直220V电压比较危险，二是设计的电流比较大。不过没有想到这么快就完成设计。感觉非常有成就感，这一点要感谢这次活动的举办方EEWORLD和ADI。
 
对于电能表的DIY并不难，关键在与两个方面，一是正确的电压采用，二是电流的采样。如果能够正确的做到这两点其他就不是问题了，一般情况下这两只采样信号在2/3以内比较好，电压的采样比较稳定，关键是电流的采样要注意些，因为其值是随负载变化的。
 
对于采用ADI和其他资料上都是用电阻，保证成本很低，设计也不复杂，但精度可能会差些，而且串联负载也不是很好的方法，特别是大电流时，串联产生的热量就不得不考虑了。所以本DIY采用电流和电压互感器，只要选择好正确的参数，其他就比较简单了。
 
对于采样脉冲一般是通过电阻网络进行调节的，所以选择电阻时要注意这一点，保证调整是灵活和范围，这些点在电路中已经体现，这里就不在详细描述了。
 
对于ADI的资料来说，不是很好评价，在电能表这一块除了芯片资料外，还有演示版，而且说的非常详细。不过这些资料大都是通过F驱动计数，对于与MCU进行通信时，脉冲是计算方式说得不是很明白，可能是我自己的理解问题吧，反正我是没有看明白。希望ADI在资料方面加强一下，特别是脉冲计数这一块。。。

zhaojun_xf 发表于 2011-9-19 08:10

本人也是第一次DIY电能表方面的东西，一直以为很是复杂，通过此次DIY发现并不是很难，说明ADI的芯片设计的非常人性化，进一步降低了开发的难度，不过发现芯片的采购，特别是样品的采购太难了，如果能够适当扩大样品获取渠道就好了。

pitt.tian 发表于 2011-10-8 17:36

楼主以后需要样品可以联系我，小弟非常愿意为各位大虾解忧。。。:victory:

江汉大学南瓜 发表于 2012-4-1 11:02

犀利，

baimua 发表于 2012-5-1 16:15

厉害

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