基于电力载波的家庭电力能耗监测系统设计

摘要

目前家庭用电中均采用智能电表进行电力数据采集，且该电力数据只反馈于电网公司，用户只能得知每月用电量，无法实时查看当下用电情况，用电安全等。无法得知精确的用电数据，容易造成居民用电浪费，无法做到节能用电，同时也降低了用户的实时便捷体验。以上分析可知，对于家庭电力能耗监测中存在诸多改进之处，本文采用电力载波通信技术、嵌入式系统技术等设计了一种基于电力载波通信的家庭电力能耗监测系统，实现了对家庭电力能耗参数采集，家庭电力能耗进行实时监测，以及促进电力用户高效节能用电。本文的主要研究工作有以下几点:
　　首先，分析了电力能耗监测的国内外研究现状、发展趋势和研究意义，对数据采集技术、载波通信技术进行研究分析，针对目前一些电力能耗监测系统的不足之处，完成了系统整体解决方案的设计工作。
　　其次，针对研究分析所得出的市场需求，详细阐述了电力采集终端的设计制作，完成了终端节点的硬件电路设计和基于DLT-645电力载波协议的电力线通信。该终端部署于家庭电路中，可与家庭智能电表通信，并实现家庭电力能耗数据的定时采集、定时储存、实时信息查看和相关指令转发。
　　接着，完成了嵌入式主控平台的软件环境搭建。采集终端与该嵌入式平台连接后，嵌入式Linux主控平台负责向远端服务器上传数据和转发服务器命令，用户可远程实时查看电力参数，此时用户端通过基于TCP/IP协议的无线通信对主控平台发送相关指令，由主控平台进行转发完成指令的下达和执行。嵌入式平台可以实现实时查看电力数据的请求和对终端所采集数据的定时存储。
　　最后，本文进行了电力数据采集测试、嵌入式平台测试和服务器电力数据测试。测试结果表明，本文设计的电力能耗监测系统能够稳定可靠的完成电力能耗监测功能，且方便使用、成本低廉，具有良好的市场使用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2．国内外研究现状

1．3 本文主要研究工作

第二章 基于电力载波家庭电力能耗监测系统总体设计

2．1 电力能耗监测需求分析

2．2 电力监测技术分析

2．2．1 数据采集技术分析

2．2．2 电力线载波通信技术分析

2．3 电力载波的家庭电力能耗监测系统总体设计

2．4 电能数据采集终端设计

2．5 嵌入式平台系统设计

2．6 数据展示平台设计

2．7 本章小结

第三章 基于DLT-645电力载波协议电力能耗监测终端设计

3．1 电力采集终端硬件设计结构

3．1．1 采集终端MCU选择

3．1．2 RS485通信电路设计

3．1．3 电力载波采集模块设计

3．1．4 电源管理设计

3．1．5 LED指示灯设计

3．1．6 EMC防护设计

3．2 监测终端软件结构设计

3．2．1 主线程设计

3．2．2 终端基本功能设计

3．2．3 基于DLT-645电力载波协议通信的设计实现

3．4 本章小结

第四章 基于ARM的嵌入式系统平台设计

4．1 硬件设计

4．1．1 MCIJ选择

4．1．2 电源管理设计

4．1．3 以太网模块设计

4．1．4 通信接口设计

4．1．5 J-link下载电路

4．2 基于ARM的Cortex-M3内核处理器的嵌入式系统构建

4．2．1 uboot移植

4．2．2 kernel、文件系统的编译与烧写

4．3 基于Linux3．0．1 5的Linux应用层开发

4．3．1 多线程的接口实现

4．3．2 网络通信的实现

4．3．3 定时读智能电表功能

4．3．4 Flash存储程序设计

4．3．5 数据上传到服务器

4．4 本章小结

第五章 终端调试与系统功能测试

5．1 电力数据采集测试

5．2 嵌入式平台数据采集测试

5．3 服务器电力数据展示测试

5．4 测试数据分析

5．5 本章小结

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢