单相电子式载波预付费智能电能表的设计与实现

摘要

目前,随着国家智能电网的建设,国家电网公司针对智能电网的用电环节提出了双向互动营销技术的建设目标,建设新型的网络化、智能化用电信息采集系统,实现对电力用户的用电信息自动采集,计量异常监测、电能质量监测、用电分析和管理。智能电能表是用电信息采集系统的终端计量设备,在电力部门与电力用户间构建了一个公平的计费桥梁。
　　本课题所研究的单相电子式载波预付费智能电能表(简称智能电能表)是针对这一实际市场需求而设计开发的新型智能电能表。智能电能表具有有功电能双向计量功能;电压、电流、功率等电参数监控测量功能;宽温LCD显示功能;电力线载波通信功能;RS485通信功能;红外通信功能;CPU卡预付费功能;分时计费功能以及阶梯电价等功能,完全能够满足用电采集系统对智能电能表的功能需求。
　　本文首先介绍了电能表的发展历程和现状,重点介绍了本课题所研究的具体内容和本文的主体结构。
　　其次,本文详细分析了智能电能表的整体硬件电路设计。主控单元采用了Freescale的高性能单片机MC9S08MZ60为核心处理芯片,简化了外围电路的设计,提升了系统的数据处理能力;电能计量单元采用专用的电能计量芯片RN8209,这是一款国产的高性能的芯片,具有一路电压和两路电流的测量功能,有功电能计量精度能够完全满足设计的需要;电力线载波通信芯片采用了东软的基于BFSK扩频调制方式的低压电力线载波通信芯片PLCI36G-III-E,实现了与用电采集系统的远程通信;采用了基于 ESAM安全认证方式的CPU卡预付费方式,保证了用户信息的安全性、可靠性。
　　在本文的最后,给出了智能电能表软件程序设计的思路和程序框图,以及智能电能表可靠性设计的一些要求。

目录

单相电子式载波预付费智能电能表的设计与实现

DESIGN AND IMPLEMENTATION OF SINGLE-PHASE ELECTRONIC PLC PREPAYMENT SMART ELECTRICITY METER

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外电能表技术的发展

1.2.2 国内电能表现状

1.3本文主要研究内容及结构

第2章 智能电能表原理

2.1 电能测量原理与计算方法

2.1.1 有功电能测量

2.1.2 电压有效值测量

2.1.3 电流有效值测量

2.2 乘法器测量原理

2.2.1 模拟乘法器测量工作原理

2.2.2 数字乘法器测量工作原理

2.3 电能测量实现方案

2.3.1 DSP交流采样技术

2.3.2 电能计量芯片

2.4 本章小结

第3章 智能电能表硬件设计

3.1 智能电能表组成原理

3.2 电源电路

3.3 电能计量

3.3.1 RN8209芯片特性及功能

3.3.2 电能计量电路

3.4 单片机（MCU）控制电路

3.4.1 MC9S08MZ60芯片特性

3.4.2 MC9S08MZ60硬件资源分配

3.4.3 MC9S08MZ60外围电路

3.5 LCD显示驱动控制电路

3.6 继电器控制电路

3.7 CPU卡接口电路

3.7.1 CPU卡接口电路介绍

3.7.2 ESAM模块介绍

3.8 存储器电路

3.9 硬件时钟电路

3.10 通信接口电路

3.10.1 红外通信接口电路

3.10.2 电力线载波通信接口电路

3.10.3 RS485通信接口电路

3.11 本章小结

第4章 智能电能表软件设计

4.1 软件开发环境及程序设计方案

4.1.1 软件开发环境

4.1.2 程序设计方案

4.2 子程序功能模块

4.2.1 系统初始化

4.2.2 电能计量

4.2.3 LCD液晶显示

4.2.4 读时钟数据

4.2.5 CPU卡预付费

4.2.6 远程通讯

4.2.7 按键扫描

4.2.8 低功耗处理

4.3 中断程序

4.4 本章小结

第5章 智能电能表可靠性设计及试验结果

5.1 电磁兼容设计

5.1.1 电磁干扰源

5.1.2 抗干扰措施

5.2 基于元器件应力法的可靠性预计

5.3 智能电能表试验结果及分析

5.3.1 基本误差试验

5.3.2 起动试验

5.3.3 日计时误差试验

5.3.4 短时过电压影响试验

5.3.5 电力线载波通信试验

5.4 本章小结

结 论

参考文献

附 录

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢

个人简历