三相多功能电能表的设计

摘要

随着我国经济的发展和电力体制改革的推进，三相电能表在国内市场的占有率成上升趋势。同时，随着电子技术和通信技术的发展，远程抄表的逐步普及，以及全国峰谷电价政策全面推行，传统的三相电能表已经不能满足人们的需求，所以，三相多功能电能表的应用得到推广，需求量迅速增长。
　　与单相电能表相比，三相电能表主要用于变电站、电厂，以及用作大用户的关口表;而与传统的机械表相比，多功能电能表具有高准确性、高灵敏度、多参数测量、谐波功率计量及网络化管理等优势。
　　本文旨在设计一种基于RN8302和MSP430F149的三相多功能电能表，具有较高的计量精度，准确的数据通信传递能力，可靠性高，运行稳定及抗干扰能力强。
　　电能表的计量精度、可靠性、数据通信的准确性是系统设计的关键。本文计量部分选用三相多功能电能计量专用芯片RN8302，通过对电流采样电路、电压通道参数的分析和设计，以及抗电磁干扰能力的设计，满足电能表误差在5000∶1的动态范围内有功功率0.2S级，无功功率1.0S级的计量精度。智能处理单元以TI公司生产的MSP430F149超低功耗单片机作为主控芯片，实现多参数计量、数据处理与存储，按键显示、事件记录及负荷记录等功能，并与RX8025时钟芯片连接，实现复费率计费与最大需量的控制。应用电力线载波通信技术，采用PL2102芯片组建远程通信系统，实现电量数据的实时抄收、汇总和监控。该表同时设计红外通信接口电路，在不具备组网条件的小区采用红外掌上抄表器实现数据的自动抄录。
　　本表结构设计采用模块化设计，适于规模化生产和升级。使用C语言以IAR Workbench为平台进行软件设计，可通过软件校表和功能验证，能够适应国家智能电网的要求，极具市场潜力。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 电能表的发展历程

1．3 国内外多功能电能表发展现状及分析

1．4 三相多功能电能表存在的问题和难点

1．4．1 多功能三相表存在的问题

1．4．2 多功能电能表发展中的难点

1．5 本文研究主要内容

第2章 系统总体方案设计

2．1 三相多功能电能表的基本结构原理

2．1．1 三相多功能电能表计量原理

2．1．2 计量方案的选择

2．1．3 MCU的选择

2．1．4 单元模块的选择

2．1．5 总体原理框图

2．2 三相多功能电能表的基本技术指标

2．3 本章小结

第3章 电能计量单元的设计

3．1 RN8302芯片性能特点

3．2 基于RN8302电能计量单元的设计

3．2．1 电流信号采样电路的设计

3．2．2 电阻分压调整网络的设计

3．2．3 电能计量及外围电路设计

3．2．4 抗电磁干扰设计

3．3 本章小结

第4章 智能处理单元设计

4．1 智能处理单元主电路接口设计

4．1．1 MSP430F149主要特性

4．1．2 智能处理单元主电路接口设计

4．2 数据存储电路设计

4．2．1 铁电存储器和FLASH存储器

4．2．2 FM24C32和AT45DB321D与MCU的接口设计

4．3 时钟电路设计

4．3．1 RX-8025的结构及工作原理

4．3．2 RX-8025及报警电路的设计

4．4 LCD显示电路设计

4．5 红外通信接口设计

4．5．1 红外自动抄表系统的构成

4．5．2 红外通信硬件电路设计

4．6 低压电力线载波通信线接口设计

4．6．1 低压电力线载波通信系统的设计

4．6．2 载波扩频通信接口电路的设计

4．6．3 载波通信电路设计

4．7 三相多功能电能表电源电路设计

4．7．1 主电源电路设计

4．7．2 电平转换电路设计

4．7．3 掉电检测电路

4．8 继电器控制电路

4．9 本章小结

第5章 三相多功能电能表软件设计

5．1 主程序框图及流程图

5．2 电能采集模块软件设计

5．3 需量模块的设计

5．4 事件记录设计

5．5 SPI总线模块设计

5．6 I2C总线模块设计

5．7 通信模块软件设计

5．8 显示模块软件设计

5．9 误差补偿的设计

5．10 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢