發(fā)布時間：2017-10-14 20:05

  本文關(guān)鍵詞：基于實時測量單相智能電表的設(shè)計與實現(xiàn)

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【摘要】：隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，能源消耗日益增加。根據(jù)《BP世界能源統(tǒng)計年鑒2014》顯示，中國是世界最大的能源消費國家，2013年占全球消費量的22.4%，以及全球凈增長的49%，資源浪費、不合理利用資源現(xiàn)象突出，由此而導致的環(huán)境污染問題也愈發(fā)受到社會的關(guān)注。電能是我國主要的能源之一，是人民生活和國民經(jīng)濟的重要保障。因此，節(jié)約電能、高效使用電能對社會經(jīng)濟和環(huán)境問題有著積極的影響。 在上述背景下，智能電表作為用戶端和電網(wǎng)的橋梁，不僅在計量有功電能方面要具備高準確度，使交易雙方買賣公平，而且支持復費率和分時段功能，引導用戶改變用電陋習，從而達到節(jié)約電能、高效用電的目的。本課題實現(xiàn)了以專用計量芯片RN8209和控制器STM32為核心的單相智能電表，不但提高了有功電能計量精度，而且相比較傳統(tǒng)的電能表，它提供了RS485雙向通信接口，可實現(xiàn)遠程集抄、分時段費率、配電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)控及數(shù)據(jù)存儲等特色功能，，應用較廣泛。本文主要內(nèi)容如下： 1.提出了智能電表整體設(shè)計方案。從功能需求方面對智能電表進行了整體結(jié)構(gòu)分析，以此為基礎(chǔ)設(shè)計了智能電表的硬件系統(tǒng)框圖；詳細分析了電表系統(tǒng)的運行機理及所要實現(xiàn)的具體功能；對智能電表主要硬件模塊進行了芯片選型及詳細的原理分析。 2.制定了單相智能電表硬件設(shè)計方案。詳細分析了信號采樣原理和相關(guān)電參數(shù)計算原理，研究了電能計量芯片RN8209內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作機理；設(shè)計了采樣信號衰減濾波電路，實現(xiàn)了將負載線路大電壓、大電流變換成計量芯片可接受的電壓信號功能；根據(jù)智能電表的功能需求,確定了主控制器的具體型號，并完成了主要功能模塊電路設(shè)計，分別為電源模塊、存儲模塊、時鐘模塊、顯示模塊、雙向通信模塊和JTAG接口電路的設(shè)計；最后分析了智能電表硬件抗干擾措施。 3.制定了單相智能電表軟件設(shè)計方案。以KEIL軟件為實驗開發(fā)平臺，利用C語言編寫了智能電表控制系統(tǒng)程序，主要包括：主程序、計量模塊子程序、SPI通訊子程序、存儲模塊子程序及RS485通訊模塊子程序等，程序采用模塊化編寫方式，可讀性好，可移植性強；最后分析了系統(tǒng)軟件抗干擾措施。 4.單相智能電表調(diào)試和實驗分析。在實驗室搭建的測試平臺基礎(chǔ)上，詳細介紹了各個功能模塊的硬件電路測試及軟件調(diào)試過程；以實驗室現(xiàn)有電氣設(shè)備為負載，對智能電表進行了有功電能計量、數(shù)據(jù)顯示及存儲、雙向通信等性能測試。實驗結(jié)果表明，設(shè)計的單相智能電表可以準確、可靠地測量家庭用電量，計量精度可達到0.5級；基于雙向通信功能，可實現(xiàn)遠程集抄、在線監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲預期目標。
【關(guān)鍵詞】：單相智能電表 實時測量 雙向通信 節(jié)電
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM933.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 研究的目的和意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 國外發(fā)展動態(tài)12
• 1.2.2 國內(nèi)發(fā)展動態(tài)12-15
• 1.3 主要內(nèi)容15-17
• 第二章 智能電表的總體設(shè)計方案17-27
• 2.1 智能式電能表17-19
• 2.1.1 智能式電能計量表17-18
• 2.1.2 智能式電能表的功能18-19
• 2.2 智能電表整體結(jié)構(gòu)框架及運行原理19-23
• 2.2.1 整體設(shè)計思想19-20
• 2.2.2 芯片選型20-23
• 2.2.3 系統(tǒng)運行機理23
• 2.3 單相智能電表的功能實現(xiàn)23-25
• 2.4 小結(jié)25-27
• 第三章 智能電表硬件電路設(shè)計27-43
• 3.1 測量原理27-29
• 3.1.1 非同步采樣法分析27-28
• 3.1.2 參數(shù)計算方法28-29
• 3.2 信號采樣電路設(shè)計29-33
• 3.2.1 計量芯片 RN8209 機理29-32
• 3.2.2 信號采樣電路32-33
• 3.3 主控單元33-35
• 3.4 主控制器外圍電路35-41
• 3.4.1 電源模塊35-36
• 3.4.2 存儲模塊36-37
• 3.4.3 時鐘模塊37-38
• 3.4.4 顯示模塊38-39
• 3.4.5 通信模塊39-41
• 3.4.6 JTAG 接口41
• 3.5 硬件抗干擾41-42
• 3.6 小結(jié)42-43
• 第四章 智能電表系統(tǒng)軟件開發(fā)43-53
• 4.1 開發(fā)環(huán)境和編程語言43-44
• 4.1.1 開發(fā)環(huán)境43-44
• 4.1.2 軟件編寫語言44
• 4.2 軟件總體設(shè)計流程44-46
• 4.3 功能模塊程序設(shè)計46-52
• 4.3.1 計量模塊程序46-47
• 4.3.2 SPI 通信程序47-48
• 4.3.3 存儲模塊程序48-49
• 4.3.4 通信模塊程序49-52
• 4.4 軟件抗干擾52
• 4.5 小結(jié)52-53
• 第五章 電表系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果測試53-71
• 5.1 模塊調(diào)試53-62
• 5.1.1 液晶屏顯示模塊53-56
• 5.1.2 AT24C02 存儲模塊56-58
• 5.1.3 DS1302 時鐘模塊58-59
• 5.1.4 RS485 通信接口59-61
• 5.1.5 調(diào)試經(jīng)驗總結(jié)61-62
• 5.2 電表校驗62-64
• 5.3 電表性能測試及誤差分析64-70
• 5.3.1 電表測試方法64-65
• 5.3.2 功能測試65-70
• 5.4 小結(jié)70-71
• 第六章 總結(jié)與展望71-73
• 6.1 總結(jié)71-72
• 6.2 展望72-73
• 參考文獻73-77
• 致謝77-79
• 攻讀碩士學位期間的研究成果79

【參考文獻】

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本文編號：1032912