基于HT46F49E的低成本智能电表设计

摘要：针对国家电网出台的新的电能标准，介绍一种低成本智能电表设计的基本原理及方案，设计了一种基于HT46F49E单片机和电能计量芯片ADE7755的低成本智能电表，同时采用了配合本方案的红外数据采集系统。系统经验证能够正常工作，该设计不仅成本低廉、方法简单，抗干扰能力强，具有较强的实用性和创新性。
关键词：HT46F49E；ADE7755；低成本电能表；红外数据采集

随着能源价格的上涨，对电能计量的标准越来越高。传统的感应式电能表存在计量精度差，功能单一，过载能力小，抗电磁干扰能力差的缺点，而且在2009年国家电网出台了新的电能表标准，其中对新电能表各项标准有明确的规定。感应式电能表显然已不能满足市场要求，面临被淘汰的局面，而早新存在于市场的电子式电能表也没有统一标准，很多不符合国家电网新标准也将会被淘汰。这必然会导致大量新的满足国家电网家电新标准的电子式电能表出现，笔者在此背景下设计了一种低成本单相电子式电能表方案，该方案经过实践证明是可行的。

1 方案的选择
当前电能表的核心作用就是计量电能并将其显示，因此本文只讨论目前存在的计量和显示的几种典型方案。
1．1 计量方案
1)MCU+ADC：用ADC芯片采样电压和电流大小，然后相乘即为有功功率。此法对ADC芯片要求比较高，而且MCU(单片机)需要进行大量计算，MCU还要对电网中的谐波处理，对MCU的要求也很高，且成本较高，难以实现较高的精度。
2)MCU+电能计量芯片：市场上有很多的电能计量芯片，如ADE7755，CS5463，这类芯片内部集成了高精度模数转换，谐波处理电路，乘法器电流等，可以将电能转化为脉冲或是其他数字量，大为简化了电能表的设计，而且计量精度较高，成本可接受。采用该方法对MCU没有特殊要求，故本文采用该方案进行系统设计。
1．2 显示方案
1)计数圈：电能计量芯片输出的脉冲驱动步进电机，然后带动计数圈计数。此法简单，而且跟传统感应电表显示方法相同，但显示内容过于简单，容易出现卡死的情况，不能满足新型电能表的要求。
2)数码管：是最简单方便的显示方法，而且可以自发光，但是数码管工作电流太大，采用电池供电时无法长时间工作，而且国家电网对电能表的功耗有比较严格的要求，显然不满足要求。
3)段式LCD：段式LCD常用在计算器等电池供电设备上，显示内容比较丰富，功耗只有uA级，可大为降低系统功耗，但工作时需要外加驱动芯片如HT1621等。显然段式LCD是比较理想的选择。

2 系统介绍
2．1系统方案
系统分为两部分：电能计量部分和红外数据采集部分，分别在两块电路板上实现，以下分为两部分介绍：
1)电能计量部分：系统方框图如图1所示。