基于嵌入式的电能计量系统研究

摘要

近年来智能电网的快速发展，对电能计量技术提出了更高的要求，尤其需要重视其完整性与准确性。因此，提高电能计量的准确性具有十分重要的意义，如何进一步减小计量装置的误差以满足智能电网的需求就成为了急需解决的问题。
　　 结合目前国内外电能计量的发展趋势，本文主要设计专用于大用电用户的电能计量系统。经过大量查阅相关资料和国家标准，明确了本文设计的电能计量系统所需要达到的具体目标功能以及应该参照的主要技术指标。在综合考虑开发周期和成本后，确定了系统的总体结构设计方案为“专用计量芯片+MCU”。系统硬件以计量芯片ADE7878+ARM7芯片LPC2378为核心，外围电路主要由电源模块、存储模块、通讯模块、人机界面模块、实时时钟模块、控制模块组成，另外，针对影响系统工作的干扰问题采取对应的有效措施，保证整个系统的可靠运行。系统软件以嵌入μC/OSⅡ系统为基础，采用对应硬件的模块化设计很好地实现了电能计量系统的多任务处理。此外，通讯模块包括GPRS无线通信、RS485通信以及红外通信，三者的数据处理部分完全一致，均是严格遵照DL/T645-2007通信规约实现的。
　　 最后介绍了本系统的计量精度校准流程，并对样机进行了准确度要求试验、电气要求试验、通信功能测试以及其他功能测试，测试结果表明本系统的精度为有功0.5S级，无功2.0级，本文设计的硬件、软件均达到了国家标准要求。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 电能计量系统的国内外发展概况

1．3 本论文的主要内容及结构安排

第2章 电能计量系统的总体设计方案

2．1 电能计量系统的目标功能

2．2 电能计量系统的主要技术指标

2．3 电能计量基本原理

2．4 系统结构设计方案比较

2．5 芯片选型

2．5．1 MCU选型

2．5．2 电能计量芯片选型

2．6 系统的总体结构设计

2．7 本章小结

第3章 电能计量系统的硬件设计

3．1 系统总体硬件设计

3．2 电源模块

3．2．1 电源输入

3．2．2 电源输出

3．3 电能参数采集模块

3．3．1 ADE7878的特点

3．3．2 ADE7878的计量算法设计

3．3．3 模拟信号输入预处理电路

3．3．4 ADE7878的外围硬件设计

3．4 存储模块

3．5 通讯模块

3．5．1 GPRS无线通讯接口

3．5．2 RS485通讯接口

3．5．3 红外通讯接口

3．6 段码液晶显示模块

3．7 实时时钟模块

3．8 控制模块

3．8．1 控制模块电源控制原理

3．8．2 控制模块硬件设计

3．9 系统可靠性与抗干扰性设计

3．9．1 可靠性设计

3．9．2 抗干扰性设计

3．10 本章小结

第4章 电能计量系统的程序设计

4．1 系统总体程序设计

4．2 电能计量模块的程序设计

4．2．1 ADE7878初始化操作

4．2．2 ADE7878的数据读取流程

4．2．3 电能参数采集任务流程

4．3 通讯模块的程序设计

4．3．1 645通信规约介绍

4．3．2 645通信规约结构设计

4．3．3 串口通讯的程序设计

4．4 人机界面模块的程序设计

4．4．1 LCD底层驱动函数的构造

4．4．2 LCD显示的程序设计

4．4．3 按键操作流程

4．5 实时时钟模块的程序设计

4．6 本章小结

第5章 电能计量系统的精度校准与样机测试

5．1 ADE7878计量精度校准

5．2 系统的样机测试

5．2．1 计量精度测试

5．2．2 功能测试

5．2．3 通信规约测试

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 本文研究内容与成果

6．2 本文需改进之处

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢