基于Modbus协议的配变负荷监测仪的设计

摘要

配变负荷监测仪位于配变监测系统的底层，它安装于配电变压器的二次侧。通过采集外部电压、电流、有功功率、无功功率等数据，完成对配电变压器的运行状态的实时监测，为电力部门的负荷预测、线损分析、故障判断和用电质量等提供数据，从技术和管理上提高了电网运行的经济性和安全性。 本文首先介绍了监测仪的发展概况及现状，阐述了目前配变监测系统所使用的几种通信方式并讨论了各自的优缺点。 然后结合实际项目，论述了监测仪的设计目标、设计思想及设计方案。针对功能的需要，选用了TI公司的MSP430FG4619单片机作为核心MCU。数据采集部分采用高精度电能计量芯片ADE7758，GPRS模块MC55用于数据的远程无线传输，内嵌字库LCD模块的使用，则提供了友好的人-机交互界面。本文从系统的角度，以模块化设计思想提供了监测仪的硬件及软件设计过程，实现了包括电参量监测、无线通信、显示及数据存储等功能。 文中详细介绍了标准Modbus协议的通信方式、功能码、传输方式等内容，在此基础上，将其格式进行了相应的扩展，以满足应用的需求。 利用MSP430的软件开发平台，采用C语言为编程工具，完成了监测仪的整体的软件设计任务。通过遵从扩展的Modbus协议，主站与监测仪之间完成了数据的交换。最终实现了基于Modbus协议的配变负荷监测仪的设计。

目录

文摘

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论文说明：图表目录

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致谢

第一章绪论

1.1课题的背景、目的及意义

1.2配变负荷监测仪的发展概况及现状

1.3配变负荷监测系统的构成

1.4本论文的任务及安排

第二章监测仪的总体设计

2.1设计目标

2.2功能及设计方案

2.2.1监测仪的基本功能

2.2.2设计方案

2.3设计思想

2.4部分芯片选取

2.4.1微处理器芯片的选择

2.4.2电能计量芯片的选型

2.4.3液晶LCD的选型

2.4.4无线GPRS模块的选择

2.5本章小结

第三章Modbus通讯协议及应用

3.1协议介绍

3.1.1概述

3.1.2通信方式

3.1.3功能码

3.2 Modbus的两种实现

3.2.1串行链路上的实现

3.2.2 TCP\IP上的实现

3.3协议的应用

3.3.1扩展的帧格式

3.3.2地址码

3.3.3寄存器地址的编制

3.4 Modbus差错校验(CRC)

3.4.1 CRC计算法

3.4.2 CRC查表法

3.5本章小结

第四章终端硬件各接口模块设计

4.1硬件构成与工作原理

4.1.1硬件构成

4.1.2工作原理

4.2数据采集处理模块

4.2.1 ADE7758工作模式

4.2.2电能采集硬件接口设计

4.3液晶显示模块

4.3.1 OCMJ4X8C_14简介

4.3.2 OCMJ4X8C_14的接口设计

4.4无线GPRS通讯模块

4.4.1西门子MC55特性简介

4.4.2 MC55接口设计

4.5本章小结

第五章软件设计及其实现

5.1主程序设计

5.1.1开发环境

5.1.2模块图

5.1.3主程序流程图

5.2中断服务程序设计

5.2.1串口接收中断

5.2.2定时器中断

5.3 GPRS通讯程序设计

5.3.1 MC55的AT指令

5.3.2 MC55的上网过程

5.4 Modbus协议的实现

5.4.1整体的处理过程

5.4.2 03功能码的实现

5.4.3 10功能码的实现

5.5数据测量程序设计

5.5.1 ADE7758读写过程

5.5.2 ADE7758的校准

5.6人机界面程序设计

5.6.1 LCD的基本指令

5.6.2液晶模块的操作

5.6.3汉字及字符显示的实现

5.7本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

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