三相智能电表设计毕业论文

三相智能电表设计毕业论文

目录

摘要 (1)

ABSTRACT (2)

1 绪论 (5)

1.1课题选择背景及目的 (5)

1.2 国外研究状况 (5)

1.3 课题设计研究方法 (6)

2 系统整体方案设计 (7)

2.1 系统设计思路 (7)

2.2 方案论证 (7)

2.2.1 三相电参数的测试与计量方案论证与比较 (7)

2.2.2多功能化模块的方案论证与比较 (8)

2.2.3 电压、电流采样方案论证与比较 (9)

2.3 本设计的主要工作 (10)

3 系统硬件设计 (11)

3.1 硬件整体系统设计 (11)

3.2 电源电路设计 (12)

3.2.1工作原理 (13)

3.2.2 变压模块 (14)

3.2.3 整流模块 (14)

3.2.4 滤波模块 (14)

3.2.5 稳压模块 (15)

3.3 电压电流采样处理单元 (17)

3.3.1 ATT7030A 简介 (17)

3.3.2 ATT7030A 引脚定义 (18)

3.3.3 ATT7030A 结构框图 (20)

3.3.4 电压电流输入电路 (21)

3.3.5 有功功率、有功电能测量 (22)

3.3.6 功率极性判断 (24)

3.3.7 电压失调检测 (24)

3.3.8三相三线制和三相四线制应用 (24)

3.3.9电能输出脉冲电路 (25)

3.3.10 校准 (26)

3.4 CPU中央处理单元 (29)

3.4.1 CPU选择 (30)

3.4.2 数据存储模块 (32)

3.4.3 显示模块 (37)

3.4.4 键盘模块 (42)

3.4.5 485通讯模块 (43)

3.4.6 红外通信模块 (46)

4 系统软件设计 (50)

4.1 系统主程序 (50)

4.2 键盘程序 (51)

4.3 电能脉冲计量程序 (53)

4.4 MAX7219初始化及显示程序 (55)

4.4.1 MAX7219 初始化 (55)

4.4.2 显示程序 (56)

4.5 X5045相关程序 (57)

4.6 485通信程序 (59)

4.7 红外通信程序 (61)

5 测试结果与分析 (63)

6 结论及前景展望 (65)

课题设计参考文献 (66)

致谢 (67)

附录一：系统程序 (68)

附录二：英文文献及译文 (86)

1 绪论

1.1课题选择背景及目的

伴随着我国工业化进程的前进步伐，工业及居民用电急剧增加，庞大的供电网络给用电管理单位带来了巨大挑战，也给居民工厂带来了诸多不便。为此我国在“十二五规划”中提出建设“智能电网”的解决方案，实现电网、计算机网、电信网三网融合。传统的机械式电表及电子式电表无论是在计量精度还是在信息传递方面都难以满足“智能电网”的需求，在这种情况下智能电表应运而生。智能电表是指具有多功能化、智能化、网络化等功能的新式电表，是智能电网的基本设备之一，承担着原始电能数据采集、计量和传输的任务。

智能电表设计的课题研究富有实用价值和市场前景。首先，智能电表能够更方便、精确地计量电能，数字显示界面更加直观方便；其次其智能化可以帮助管理单位实现远程管理、提醒居民按时缴费、详细记录用电明细表。节省了管理单位的人力、物力资源。最后智能电表可以通过加密防止用户窃电，安全性更高。

1.2 国外研究状况

欧美科技公司在智能电表方面的研究已经走在了世界前列，也主宰着电能测量IC的主要市场。如美国ADI公司的ADE78××系列电量测量IC不仅

精度达到0.1%,而且具备各种防窃电功能；荷兰的恩智浦公司推出的基于ARM Cortex的MCU解决方案——LPC1700系列功能更加强大；此外还有美国飞思卡尔半导体公司的9S08MZ60、MZ96、MZ128MCU，炬力公司的ATT70××系列等电表IC，及德国西门子公司基于Blackfin的智能电表都以其丰富的功能为智能电表的设计提供了方案。

国智能电表的设计尚处于起步阶段，主要集中在应用方面，电量测量ASIC则主要依赖进口产品。在2007年12月初，国家发改委发布了《多功能电能表》和《多功能电能表通信协议》两个行业标准，2009年10月，国家电网公司公布了智能电表新标准，提高了电表在计量、费控、通信、功耗、电子线路布线等技术指标，含有MCU成为必选项，要求有更高的计算能力。随着我国智能电网的建设，智能电表的大规模应用即将启动，预计2015年我国智能电表覆盖率80%，2020年达到100%。

可见我国的智能电表设计研究还有很大的潜力空间，智能电表在网络化、智能化、多功能化等方面还需要我们继续深入研究。

1.3 课题设计研究方法

本课题主要对能精确测量电能并具有智能管理功能的电表的设计方法进行研究。研究的具体容如下。

1、实现智能电表精确测量，达到1级精度要求的具体方法。此处涉及

到电量计量芯片的选择、CPU的选择、软件算法的构架、PCB布局等影响测量精度因素的研究。

2、实现电表智能化管理的具体方法。涉及到的研究容有：数据存储的实现方法、键盘显示的实现、系统通过RS485与上位机通信实现方法、系统通过红外与其他设备通讯的实现方法。

3、实现系统供电电源设计的具体方法。此处涉及到交流电源转直流稳压电源的研究。

2 系统整体方案设计

2.1 系统设计思路

分析课题需求，将系统整体分为电量测量和智能管理两部分。电量测量部分选用高精度、高可靠性的电量测量ASIC实现，能够完成三相电量的准确计量。该部分是设计的关键和基础。智能管理部分除核心元件微处理器外，还需要人机交互模块、数据存储模块及通讯模块。该部分是实现电表“多功能化”的重要组成部分，对其要求是智能化程度高，易于功能扩展。