基于ARM和以太网的远程电参数测量技术的研究

摘要

电能是关系到国计民生的重要能源。随着社会的急速发展以及工业化步伐的加速前进,无论是在工农业上还是日常生活中,用电负荷都在大幅度增加,巨大的用电容量既严重影响电力设备的很好地周转,使得电能的损失加大;同时又给电务工作者们的管理带来了非常大的难度和巨大的挑战。这就经常会造成大面积停电,给工厂和居民带来了诸多不便,所以如何改善电能的管理效率成为了一个必须要面对和必须要解决的的难题。
　　传统电能表无论是在对每户居民家电量的采集、处理、传输,都会出现测量和传输的速度慢以及测量数据的不准确,甚至还会出现偷电漏电等不良现象;还是对用电管理部门的工作人员和物质资源的浪费,这就加速催生了更加实用更加高效的电参数测量、控制、传输的方法,一种可以把电参数的测量和控制、数据的显示、电能的保护等组合到一起的电能表装置。
　　本系统的设计分为三个部分:第一部分是电参数的测量;第二部分是电参数的传输;第三部分是数据的上位机显示。第一部分是硬件电路设计中非常重要的一环,数据是从这个部分开始向后传递的。所以在规划这部分电路时,要挑选恰当的阻值精确的的电阻进行分压,或者选择电压电流互感器对电参数的小信号进行测量,设计这部分电路时的主要任务是安全可靠性高,因为我们所需要的小信号是从市电电压处采集到的;第二部分是电参数的传递,这部分要求传递的数据既要准确又要有较好的实时性,同时又可以通过液晶显示出传递的参数;第三部分是上位机的显示和控制,这部分的功能主要是实现电参数的远程传输和控制,要求是数据的高速采集、传输以及实时监测。
　　本课题所研究的远程电参数测量技术采用32位的ARM Cortex M3内核的微处理器STM32F103V为核心,以Cirrus Logic公司专用的的电能计量芯片CS5460A作为电能采集与数据处理芯片,并通过广泛应用的RS232接口集成的串口转以太网模块与主控器连通,再通过上位机LabVIEW的DataSocket控件实现数据的远程测量和控制功能。系统中所采用的核心处理器STM32具有运算速度快、存储容量大、高性能等特点,可以很好地实现数据的采集、存储、转换、传递。通过以太网传输数据到上位机DataSocket控件,上位机的友好界面将会显示所接收到的参数,并进行远程控制。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 论文研究的内容

1.3 论文结构

2 系统硬件设计

2.1 电能参数的计量原理

2.2 远程电参数测量技术硬件总体设计思路

2.3 电能计量芯片

2.4 主控制器STM32、SPI简介

2.5 MCU与CS5460A的硬件电路

2.6 液晶显示电路

2.7 微控制器与串口转以太网的硬件接口电路

2.8 系统工作的电源电路

2.9 本章小结

3 系统软件设计

3.1 软件设计的要求

3.2 系统流程及初始化

3.3 CS5460A的电参数设置和启动

3.4 液晶显示程序

3.5 数据传输模块通信实现方法

3.6本章小结

4 管理软件

4.1 DataSocket技术通信

4.2本章小结

5 结论

5.1 设计的成果

5.2 论文中的不足

5.3 前景展望

致谢

参 考 文 献

附录 系统原理图

攻读学位期间的研究成果