基于IEC62056的三相智能电表设计与实现

摘要

电能表作为智能电网的终端环节，是实现数据互动、及时准确计费及智能调度的关键。随着智能电网的发展，已经对电能表提出了更高的要求。目前国内大部分电能表都是采用DL/T645标准，应用表明在电能表技术不断发展的背景下，DL/T645表现出很大的局限性，越来越不适应智能电表的快速发展。IEC62056标准协议能具有良好的互联性和互操作性，是迄今为止较为完善的电能表通信标准。开发出基于IEC62056标准协议的智能电表不仅能提高电能表在国际市场的竞争力，而且对于规范国内电能表市场也有一定的促进意义。
　　首先，本文介绍了电能表的发展和本课题的意义，提出了基于IEC62056标准协议的智能电表设计思想，通过比较论证选择单片机+专用计量芯片的硬件设计方案。对于本设计，该方案具很高的性能价格比。然后，对电能表的硬件电路设计和软件功能模块设计进行了详细的分析和介绍。最后，通过对样机进行性能测试、准确度测试、抄表功能测试和DLMS/COSEM符合性测试，结果表明符合各项技术条件，并列出部分测试方法和测试数据。
　　本文的重点在于软件功能的设计实现上，设计开发了基于单片机的任务调度和消息处理机制，使得本智能电表成为基于IEC62056标准的软件开发平台。在此平台的基础上，能方便快捷的对产品进行功能升级和二次开发，对于减少软件重复开发工作量和快速响应市场需求具有重要意义。此外还设计了远程升级功能，远程升级功能在电能表上的应用非常少见。该智能电表已受邀被送往新加坡、印度尼西亚、沙特阿拉伯等多个国家进行功能和性能评估，反映很好。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 电能表概述

1.2 国内外的发展动态

1.3 选择IEC62056标准的必要性

1.4 本课题的研究背景及意义

1.5 本文主要结构

第2章 三相智能电表的总体设计

2.1 主要技术指标

2.2 硬件方案的选择

2.3 三相智能电表的基本组成

2.4 主要功能模块介绍

2.5 IEC62056协议解析

2.5.1 对象标识

2.5.2 接口类

2.6 本章小结

第3章 三相智能电表的硬件设计

3.1 主控模块

3.1.1 主控R5F364AMDFA芯片介绍

3.1.1 主控外围电路

3.2 电源模块

3.3 计量模块

3.3.1 电流采样

3.3.2 电压采样

3.3.3 计量芯片单元

3.4 通信单元

3.4.1 RS485通信

3.4.2 近红外通信

3.5 外部存储模块

3.5.1 EEPROM存储单元

3.5.2 FLASH存储单元

3.6 液晶显示单元

3.7 时钟单元

3.8 本章小结

第4章 三相智能电表的软件设计

4.1 电能表软件的总体架构

4.1.1 软件框架设计

4.1.2 任务调度设计

4.1.3 消息处理设计

4.2 表计功能软件设计

4.2.1 上电处理

4.2.2 COSEM接口类的实现

4.2.3 远程升级

4.2.4 FLASH文件系统

4.2.5 液晶显示

4.3 通信协议的实现

4.3.1 建立链路层连接

4.3.2 建立应用层连接

4.3.3 COSEM应用进程服务

4.4 软件可靠性设计

4.5 本章小结

第5章 三相智能电表测试及结果分析

5.1 测试内容与环境

5.2 性能测试

5.3 准确度测试

5.4 抄表功能测试

5.4.1 抄读总正向有功电能

5.4.2 抄读对象列表

5.4.3 当前时间的抄读

5.5 DLMS/COSEM符合性测试

5.6 本章小结

总结与展望

参考文献

致 谢

附录A(攻读学位期间发表的学术论文)

附录B(攻读学位期间所参与的科研项目)

附录C(电能表实物图)