基于ATT7022C的三相智能电表的设计

论文摘要

随着近些年国家电网公司电网智能化建设的规划,电子式电能表技术迅速发展,针对用电信息采集,双向互动,防窃电,远程抄表等技术研究的进步,现阶段发展趋势是宽量程高可靠性,由于电能表过载倍数越高,电能表准确计量的负荷范围就越宽,因此选择宽量程高可靠行的多功能智能电能表可以减小用户负荷增长后更换电能表的工作量。目前国内仪器制造设计的电能表主要有远程监测仪表,手持式仪表,便携式多功能分析仪表。远程检测仪表是被定点安装在现场,产生的数据以通讯的方式把数据集中上传至上位机进行统一分析处理,不是实时在线双向互动的。手持式仪表由技术人员随身携带,测量分析功能比较简单。便携式多功能分析仪表数据处理功能强大,但主要用于现场专项测试,价格较高。而在技术解决方案中,传统的单片机不能满足多功能而且精度低,不适用于信息交互高速实时处理场合。基于DSP高速计算芯片需要的扩展外设比较多,系统比较复杂,开发成本比较高,不具备实用价值。选择计量芯片ATT7022C加ARM处理器,可将人机交互和数据通信等的功能都集中于ARM子系统中,使整个系统体积小、功耗低、量程宽,可靠性高,具备实用价值。本文从实际应用角度出发设计并制作了一种在技术指标、功能要求、电气性能、适应环境、抗干扰及可靠性等都符合国家电网公司对智能电能表技术标准要求的三相智能电能表。整个硬件系统包括电源模块、信号采集计量模块、数据存储模块、MCU模块、RS485通信模块、外置型电力线载波通信模块、按键和显示模块、时钟和报警模块,并在此基础上,详细介绍了整个系统各部分的软硬件开发过程。实验结果表明,经过系统的软硬件调试,设计的三相智能电能表的性能稳定,各项指标基本符合国家电网公司对智能电能表技术标准的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究概况及发展趋势
• 1.3 课题的技术要求及主要研究内容
• 1.3.1 技术要求
• 1.3.2 主要研究内容
• 第2章 智能三相电能表总体方案设计
• 2.1 电能表设计方案的选择
• 2.1.1 基于单片机加专用电能计量芯片的解决方案
• 2.1.2 基于DSP 技术的解决方案
• 2.1.3 基于ARM 加专用电能计量芯片的解决方案
• 2.2 电能表硬件方案设计
• 2.3 电能表软件方案设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 智能三相电能表硬件电路设计
• 3.1 信号采集计量模块
• 3.1.1 电压及电流模拟输入
• 3.1.2 ATT7022C 外围电源电路
• 3.1.3 电能脉冲输出电路
• 3.1.4 SPI 通讯接口电路
• 3.2 MCU 及数据存储模块
• 3.2.1 MCU 模块
• 3.2.2 实时时钟RTC
• 3.2.3 串行外设接口及数据存储
• 3.3 显示、报警模块
• 3.3.1 显示
• 3.3.2 报警
• 3.4 RS485 通信和外置型电力线载波通信模块
• 3.4.1 RS485 通信
• 3.4.2 外置型电力线载波通信模块
• 3.5 本章小结
• 第4章 智能三相电能表软件设计
• 4.1 软件总体设计
• 4.2 数据处理
• 4.2.1 数据计量
• 4.2.2 软件校表
• 4.3 通信接口软件设计
• 4.3.1 SPI 通信
• 4.3.2 RS485 和外置载通信
• 4.4 中断子程序设计
• 4.5 显示模块软件设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 系统调试及实验数据分析
• 5.1 智能电能表的调试过程
• 5.1.1 实验室设计调试前准备工作
• 5.1.2 电能表组装与调试
• 5.2 实验数据分析
• 5.2.1 有功基本误差试验
• 5.2.2 电流线路和电压线路中谐波分量
• 5.2.3 电源电压影响试验
• 5.2.4 测量及监测误差试验
• 结论
• 本文主要的研究及创新工作
• 对今后研究工作的展望与设想
• 作者读研期间的主要科研成果
• 参考文献
• 致谢
• 附录1 电源电路原理图
• 附录2 ARM 主控芯片电路原理图
• 附录3 部分硬件设计原理图