基于NEC单片机的单相智能电能表设计

摘要

随着集成电路和微计算机控制技术的不断进步以及用户需求的不断增长,当前电能表的局限性不断暴露出来,也严重制约着我国电力行业的发展。当前政府正在大规模推进的智能电网建设,对电能表的需求也不断提高,因此开发出能满足当前智能电网建设需求的智能电表就显得尤为迫切。
　　 本文分析了国内外智能电网研究现状,智能电网建设对智能电能表的需求以及新型智能电能表设计的重大意义,结合智能卡技术,设计出一款符合国网规范的智能电表。该电能表采用具有高性价比的NEC单片机μPD78F0527作为主处理器,充分利用了其丰富的接口和外围资源,采用专用计量芯片RN8209对用户用电信息进行采集和计量,引入CPU卡和ESAM模块来实现高效安全的费控管理,配合电源电路、存储和时钟芯片以及通讯电路,完成单相智能电能表设计。
　　 本文参照国网规范,提出了单相智能电能表设计方案,给出了硬件设计框架和软件主程序流程,并对部分硬件模块进行了详细介绍,重点阐述了计量模块、智能卡处理模块以及费控模块实现,最后对电能表进行了计量校准,并根据相关规范对本地预付费功能进行了测试。

目录

文摘

英文文摘

致谢

插图清单

表格清单

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外智能电能表的研究应用现状

1.2.1 美国智能电能表研究现状

1.2.2 英国智能电能表研究现状

1.2.3 国内智能电能表研究现状

1.3 智能电能表带来的好处

1.4 本文的主要内容及章节安排

第二章 单相智能电能表设计的技术基础

2.1 需求响应

2.1.1 需求响应分类

2.1.2 需求响应的意义

2.1.3 需求响应与智能电能表

2.2 智能卡技术

2.2.1 智能卡简介

2.2.2 智能卡片上操作系统

2.2.3 CPU卡在购电系统中的应用

2.3 身份认证技术

第三章 单相智能电能表总体设计及硬件实现

3.1 电能表功能需求和设计依据

3.1.1 单相智能电能表功能需求

3.1.2 单相电能表设计依据

3.2 电能表总体设计

3.2.1 主控MCU选择

3.2.2 计量芯片选择

3.2.3 电能表硬件框架

3.3 部分硬件模块介绍

3.3.1 电源电路设计

3.3.2 计量电路设计

3.3.3 通讯电路设计

3.3.4 存储和时钟模块

3.3.5 CPU卡及ESAM模块设计

3.3.6 继电器控制及断电检测电路

3.3.7 按键、显示及其他电路

第四章 单相智能电能表软件设计

4.1 设计思想和方法

4.2 总体流程

4.3 中断服务程序设计

4.4 计量模块程序设计

4.5 费控模块程序设计

4.6 卡片处理模块程序设计

4.7 CPU卡驱动设计

4.7.1 字符的物理传送

4.7.2 报文发送与接收函数

4.7.3 卡片命令处理流程

4.8 数据存储模块设计

4.9 通讯模块软件设计

4.9.1 通讯协议设计

4.9.2 红外通讯驱动程序设计

4.9.3 RS485通讯软件设计

4.9.4 通讯处理流程

第五章 电表校准和功能试验

5.1 RN8209校表

5.1.1 参数设置

5.1.2 有效值校正

5.1.3 有功校正

5.1.4 无功校正

5.2 CPU卡功能测试

5.2.1 功能卡检测

5.2.2 用户卡功能检测

第六章 总结与展望

6.1 本课题所做的工作总结

6.2 课题展望

参考文献

攻读学位期间发表学术论文目录