1、第十三章 智能仪器l第一节第一节 概述概述l第二节第二节 智能仪器结构智能仪器结构l第三节第三节 智能式电子电能表智能式电子电能表本章要点 智能仪器和虚拟仪器都是电子技术智能仪器和虚拟仪器都是电子技术和计算机技术在仪器上的应用，智能仪和计算机技术在仪器上的应用，智能仪器主要利用在仪表中引进的单片机或嵌器主要利用在仪表中引进的单片机或嵌入式系统，使它在测量的同时，能对输入式系统，使它在测量的同时，能对输入信号进行记忆、分析、判断，藉以提入信号进行记忆、分析、判断，藉以提高仪表的性能、简化仪表电路、达到增高仪表的性能、简化仪表电路、达到增加功能提高精度的效果。加功能提高精度的效果。本章主要介绍智能
2、仪器的一般结构，本章主要介绍智能仪器的一般结构，并以智能式电子电能表为例，介绍智能并以智能式电子电能表为例，介绍智能仪器的具体组成。仪器的具体组成。第一节第一节 概述概述 智能仪器的特征智能仪器的特征1在仪器内部嵌入微处理器或单片机，通过软件实现自动在仪器内部嵌入微处理器或单片机，通过软件实现自动调零、自动改变量程、自动修正误差、自动校准以及通过调零、自动改变量程、自动修正误差、自动校准以及通过多次测量，求得并显示平均值等功能，达到提高仪表的准多次测量，求得并显示平均值等功能，达到提高仪表的准确度和仪表功能的效果。确度和仪表功能的效果。2.利用单片机的输入、输出系统代替传统仪器中的复杂元利用单
3、片机的输入、输出系统代替传统仪器中的复杂元件，例如可以用菜单代替多层波段开关，可以使显示器的件，例如可以用菜单代替多层波段开关，可以使显示器的显示内容多样化，可以不改变硬件的连接，只需通过软件显示内容多样化，可以不改变硬件的连接，只需通过软件就可以改变仪表的测量功能，做到一表多用。就可以改变仪表的测量功能，做到一表多用。3可以通过软件运算，求得间接测量结果，然后直接显示，可以通过软件运算，求得间接测量结果，然后直接显示，能够将间接测量转化为直读。能够将间接测量转化为直读。4可以通过接口、总线，进行仪器间数据的远程通信。可以通过接口、总线，进行仪器间数据的远程通信。返回本章首页第二节第二节 智能
4、仪器的结构智能仪器的结构返回本章首页 智能仪器的结构一般包括以下部分智能仪器的结构一般包括以下部分一一 主机电路主机电路 主机是智能仪器的核心，由微处理器或单片机构成，自行设计的专用型智能仪器,多选用AT89C51或AT89C52做主机。二二 输入输出通道输入输出通道 输入通道一般包括前置放大、采样保持电路（S/H）和转换电路（A/D）等，输出包括模拟量或开关量的输出通道,以及用于控制模拟指示仪表的D/A转换器。三三 人机接口人机接口 主要是显示器和键盘。四、通信接口四、通信接口 一般智能仪器采用RS232、RS485通信接口与上位机通信，第三节第三节智能式电子电能表智能式电子电能表 一、智能
5、式电子三相电能表一、智能式电子三相电能表 智能式电子三相电能表是在普通电子三相电能表上加装单片机，智能式电子三相电能表是在普通电子三相电能表上加装单片机，使之能显示用户累计总耗用电能、正反向用电量、最大耗电量等使之能显示用户累计总耗用电能、正反向用电量、最大耗电量等其他内容，并能将计量内容通过接口实现远程通信。其他内容，并能将计量内容通过接口实现远程通信。返回本章首页二二、智能式电子单相复费率电能表、智能式电子单相复费率电能表 利用微处理器设置不同时段的起止时间，然后按不同时段测量用电量，存入不同的内存单元，供显示、计费或抄录。下图是DDSF111型复费率电能表的结构示意图。返回本章首页 1、
6、复费率电能表的时钟电路复费率电能表的时钟电路 复费率电能表利用实时时钟芯片RTC4553A提供实时时间，包括年、月、日、时、分、秒，作为分时计费的时间标准。下图为RTC4553内部结构示意图。返回本章首页 2、复费率电能表的电能计量电路、复费率电能表的电能计量电路电流信号接VIN、VIP端ADE7755作为计量芯片电压信号接V2N、V2P端消耗功率转换的低频脉冲校验用高频脉冲返回本章首页 3、复费率电能表的控制电路、复费率电能表的控制电路 控制电路由单片机MC68HC05L16及相关外围电路包括液晶显示器、通信接口和检测电路等组成。返回本章首页复费率电能表控制电路的外围部件复费率电能表控制电路
7、的外围部件 （1）液晶显示器 显示器有33个显示电极和4个背电极，连接到单片机MC68HC05L16的FP、BP有关引脚，并通过红外开关控制翻页，依次显示42种不同的数据。（2）通信接口 远程计算机通过485通信接口向电能表要设置运行参数，或从电能表取出数据。返回本章首页 三、集中抄表与电子式三、集中抄表与电子式IC卡预付费电能表卡预付费电能表 1、集中抄表与电能表数据的远程传送、集中抄表与电能表数据的远程传送 1)红外传输方式：用户电能表通过红外输出信号接口，红外传输方式：用户电能表通过红外输出信号接口，向抄表者传送表内数据。向抄表者传送表内数据。2)利用利用RS485串口的传输方式：用户电
8、能表通过串口的传输方式：用户电能表通过RS485串口将表内数据送送抄表中心。串口将表内数据送送抄表中心。3)利用电力线或有线电视网进行传输的方式：用户通利用电力线或有线电视网进行传输的方式：用户通过电子式载波电能表，将计量数据通过专用载波芯片馈过电子式载波电能表，将计量数据通过专用载波芯片馈入电力线或有线电视网络，抄表设备通过调制与解调读入电力线或有线电视网络，抄表设备通过调制与解调读取用户的用电数据。取用户的用电数据。4)无线信号抄表方式：用于偏远的工厂大用户或装在无线信号抄表方式：用于偏远的工厂大用户或装在高空的表计，利用移动通信网络的短信服务（高空的表计，利用移动通信网络的短信服务（SM
9、S），），定时向系统发出用电数据的短信供系统接收。定时向系统发出用电数据的短信供系统接收。5)通过通过IC卡传输方式：电费存入卡传输方式：电费存入IC卡，然后由用户自卡，然后由用户自己把己把IC卡插入电表，作为耗电依据。卡插入电表，作为耗电依据。返回本章首页 2、IC卡预付费电能表卡预付费电能表 IC卡预付费电能表结构包括计量和控制两个部分，卡预付费电能表结构包括计量和控制两个部分，计量部分采用专用计量芯片（如计量部分采用专用计量芯片（如BL0932），控制部分），控制部分采用单片机，实现读卡、预付电费用完告警、电费用采用单片机，实现读卡、预付电费用完告警、电费用完断电以及防窃电控制等操作。结
10、构如下图所示。完断电以及防窃电控制等操作。结构如下图所示。返回本章首页 3、IC卡预付费电能表的计量单元卡预付费电能表的计量单元 若以若以BL0932为计量芯片，通过电流、电压取样电阻获取为计量芯片，通过电流、电压取样电阻获取耗电信息，经乘法器取得有功功率值，通过功率耗电信息，经乘法器取得有功功率值，通过功率-频率转换频率转换器转换为高频脉冲，用于激励红外器转换为高频脉冲，用于激励红外LED发出红外信号供校发出红外信号供校验使用。同时用分频法产生相应的低频脉冲，经验使用。同时用分频法产生相应的低频脉冲，经MOT引脚引脚输出，用于带动步进电机及字轮显示消耗的电能值。或送输出，用于带动步进电机及字
11、轮显示消耗的电能值。或送单片机计算出用户所消耗的电能单片机计算出用户所消耗的电能返回本章首页 4、IC卡预付费电能表的控制单元卡预付费电能表的控制单元 控制单元包括控制单元包括IC卡读卡插座、数据存储器、显示器以卡读卡插座、数据存储器、显示器以及超负荷与电费用完的警告及切断电路的开关。及超负荷与电费用完的警告及切断电路的开关。返回本章首页控制单元的功能控制单元的功能 （1）卡座作为）卡座作为IC卡与单片机通信的接口。卡与单片机通信的接口。（2）存储器用于存储交费数据。当）存储器用于存储交费数据。当IC卡插入卡插入卡座后，通过单片机与卡座后，通过单片机与IC卡通信，将交费数据卡通信，将交费数据转存在存储器。转存在存储器。（3）电能表所用的）电能表所用的LCD显示器，一般都使用显示器，一般都使用专用的液晶显示器，用于显示耗用电能。专用的液晶显示器，用于显示耗用电能。（4）超负荷和电费用完，单片机可通过继电）超负荷和电费用完，单片机可通过继电器切断供电。如是超负荷，单片机会累计超负器切断供电。如是超负荷，单片机会累计超负荷次数，若在三次以内，则延时后会自动恢复。荷次数，若在三次以内，则延时后会自动恢复。若是电费用完则由控制继电器将电源切断。若是电费用完则由控制继电器将电源切断。返回本章首页
