基于CPU卡的三相电子式多费率预付费电能表的设计与实现

论文摘要

多费率电价政策是我国近年来正在大力推广的电力计量制度,能够有效的缓解高峰期用电紧张的局面,调整用电负荷曲线。同时,CPU卡技术己经得到迅速的推广和广泛的应用,而应运而生的预付费用电方式可以很好的解决抄表繁杂,催交电费困难,用电信息不易统计等难题。本课题正是针对这一问题,开发一款各电力公司急需的三相电子式多费率预付费电能表,其所取得的成果也可以推广到其他工业领域。(1)分析了三相电的理论及经典的电能测量方法和CPU卡通信技术及其运行环境,并对3DES加密算法进行了分析。(2)阐述了三相电子式多费率预付费电能表的实现方案,系统采用高精度的电能计量DSP芯片ATT7026作为计量芯片,采用片内资源丰富、抗干扰能力较强的低功耗多费率专用控制芯片FM2307作为主控制器,并在其上扩展CPU卡通信功能,该表可以实现多事件记录、RS485和红外抄表功能。(3)设计开发了一款新型三相电子式多费率预付费电能表。硬件设计分为电源模块,计量模块,主控制模块及通讯模块,并对各个模块的接口和硬件抗干扰进行了设计;同时就当前开发工具和各个子程序的软件机构进行讨论和说明,其中涉及到了电能累加、时段控制算法、各种通讯方式的软件实现。(4)论述了三相电子式多费率预付费电能表的时钟准确性及抗干扰设计、校表方法等,给出了系统的运行结果,并且对仪表测量的准确度和运行可靠性进行了分析。本课题设计和开发的三相电子式多费率预付费电能表,可以实现精确的时段切换计量,并具有CPU卡先购电后用电,集中抄表功能。测量结果表明,该表具有较强的防攻击和抗干扰能力,主要技术性能达到并超过现行国家标准的要求,完成了预期的设计目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 电能表技术的研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 电能表技术的发展趋势
• 1.3 课题的研究目的及意义
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 三相多费率预付费电能表设计的技术基础
• 2.1 多时段电能测量原理
• 2.1.1 三相电路电能的测量
• 2.1.2 多时段的划分和控制
• 2.2 CPU 卡技术以及 COS 操作系统
• 2.2.1 IC 卡分类
• 2.2.2 CPU 卡与ESAM 模块
• 2.2.3 CPU 卡的文件系统
• 2.2.4 3DES 加密算法
• 第3章 三相多费率预付费电能表总体设计及硬件开发
• 3.1 系统总体设计
• 3.1.1 需求分析和设计目标
• 3.1.2 系统组成原理
• 3.2 系统硬件设计
• 3.2.1 电源模块设计
• 3.2.2 电能计量模块
• 3.2.3 主控模块
• 3.2.4 CPU 卡通信模块设计
• 3.2.5 继电器驱动电路设计
• 3.2.6 干扰源分析及硬件抗干扰设计
• 第4章 三相多费率预付费电能表软件设计与实现
• 4.1 系统软件结构
• 4.2 编程资源及开发平台
• 4.3 控制器主程序设计
• 4.4 电量计量处理
• 4.5 多费率处理设计
• 4.5.1 多费率时段控制设计
• 4.5.2 实时时钟控制与检测
• 4.5.3 掉电检测
• 4.6 CPU 卡通讯程序设计
• 4.6.1 CPU 卡操作过程
• 4.6.2 CPU 卡串行通信
• 4.6.3 CPU 卡通信的安全设计
• 4.7 红外和RS485 通信的软件设计
• 4.7.1 异步串行传输方式
• 4.7.2 异步串行通讯口的应用
• 4.7.3 红外和 RS485 通信软件设计
• 4.8 通讯上位机软件设计
• 4.8.1 红外通讯掌上电脑应用程序设计
• 4.8.2 RS485 通讯上位机程序
• 4.9 软件抗干扰设计
• 第5章 系统测试与误差调校
• 5.1 调试目的及步骤
• 5.2 三相多费率预付费电能表调试环境
• 5.3 系统测试及分析
• 5.4 测试结论
• 总结与展望
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间发表的论文
• 附录B 攻读学位期间参加的科研项目
• 附录C 系统原理图
• 附录D 部分程序代码
• 附录E 仿真板及电能表机芯
• 致谢