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利用MB95F418芯片实现智能电表的设计与研究

作　者: 陈勇
导　师: 郭勇
学　校: 成都理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 智能电表电能计量自动抄表预付费
分类号: TM933.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 216次
引　用: 2次
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内容摘要

近年来,在低碳经济、绿色节能及可持续发展思想的推动下,如何进一步提高电网效率,积极应对环境挑战,提高供电可靠性和电能质量,完善电力用户服务,适应更加开放的能源及电力市场化环境需要,对未来电网的发展提出了更高的要求。智能电网的概念应运而生并成为全球电力行业共同研究和探讨的热点,支撑中国乃至全球智能电网的将是通信技术、信息处理技术和控制技术。智能电表作为智能电网建设的重要基础装备,加快智能电表产业链整合,促进其产业化,对于电网实现信息化、自动化和互动化具有支撑作用。基于以上分析,本文利用MB95F418芯片实现了智能电表的设计与研究。本文主要包括以下三个方面的工作:(1)智能电表的设计背景、优点及发展现状本文首先分析智能电表的设计背景,其次讨论智能电表的优点及相关的应用,最后讨论如何基于国内外的研究现状设计智能电表。(2)智能电表的硬件和软件实现分析智能电表应该具备的功能,给出该仪表的总体设计框图;详细讨论了该电路的核心芯片选取、数据采集电路的设计、通信电路及输入输出系统的实现并给出了核心芯片-MB95F418的详细参数;使用结构化程序设计手段,利用单片机C语言程序实现按键的扫描并处理程序、数据的采集及后续的算法程序、红外或RS485通信方式的自动抄表程序、CPU卡的读写操作程序以及段式LCD的显示驱动程序。(3)设计的结论分析、不足及未来的展望阐述了设计的测试结果并对结论进行了分析,给出了设计中的不足之处,并提出了将来的修改意见及改进之处,最后对智能电表的未来进行了展望。本设计实现了电能数据的计时计量、自动计费、即时双向通信等功能,能够实现住宅能耗计量的高质量和高效率管理,为居民的优化用电提供了帮助。论文希望通过对智能电表系统的探索,能对相关工作者提供有益的帮助,智能电表的市场前景十分广阔。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-15
  1.1 选题背景  11
  1.2 智能电表简介  11-13
  1.3 国内外智能电表的研究现状  13-14
  1.4 本论文研究的内容  14-15
第2章总体设计方案  15-17
  2.1 设计思想  15
  2.2 系统设计框图  15-16
  2.3 主要技术指标  16
  2.4 本章总结  16-17
第3章硬件设计  17-38
  3.1 单片机系统设计  17-20
    3.1.1 单片机的选型  17-19
    3.1.2 最小系统设计  19-20
  3.2 电源系统设计  20-21
  3.3 电能计量系统设计  21-29
    3.3.1 计量芯片的选型  21-23
    3.3.2 计量芯片的功能  23-27
    3.3.3 计量系统设计  27-29
  3.4 通信单元设计  29-30
    3.4.1 红外通信单元设计  29
    3.4.2 RS485 通信单元设计  29-30
  3.5 预付费功能单元设计  30-33
    3.5.1 CPU卡通信单元设计  30-31
    3.5.2 ESAM模块单元设计  31-33
  3.6 数据存储及时钟单元设计  33-35
    3.6.1 数据存储单元设计  33-34
    3.6.2 时钟单元设计  34-35
  3.7 输入输出系统设计  35-37
    3.7.1 按键扫描电路设计  35
    3.7.2 显示电路设计  35-37
  3.8 本章总结  37-38
第4章软件设计  38-57
  4.1 主程序设计  38-39
  4.2 电能计量程序设计  39-45
    4.2.1 SPI帧格式  39-40
    4.2.2 SPI操作  40-41
    4.2.3 校表流程和参数计算  41-44
    4.2.4 计量程序设计  44-45
  4.3 自动抄表程序设计  45-48
    4.3.1 DLT645‐2007 协议  45-47
    4.3.2 抄表程序设计  47-48
  4.4 预付费功能程序设计  48-52
    4.4.1 ISO7816‐3‐2006 协议  48-50
    4.4.2 TimeCOS_PBOC通用技术参考手册  50-51
    4.4.3 IC卡通信程序设计  51-52
  4.5 显示功能程序设计  52-54
    4.5.1 自动循环显示内容  52-53
    4.5.2 手动循环显示内容  53-54
    4.5.3 显示程序设计  54
  4.6 实时时钟程序设计  54-56
    4.6.1 ⅡC总线操作  55-56
    4.6.2 时钟程序设计  56
  4.7 本章总结  56-57
第5章关键技术分析  57-62
  5.1 硬件抗干扰设计  57-59
    5.1.1 电容滤波设计  57
    5.1.2 PCB布线设计  57-59
  5.2 软件抗干扰设计  59-62
    5.2.1 常见的软件滤波算法  59-61
    5.2.2 软件滤波设计  61-62
第6章测试误差分析  62-66
  6.1 误差定义和精度等级的划分  62-63
    6.1.1 测量误差的分类  62
    6.1.2 误差定义  62-63
  6.2 实验结果  63-64
  6.3 实验结果分析  64-65
  6.4 本章总结  65-66
第7章结论与展望  66-68
  7.1 本设计的研究总结  66
  7.2 前景展望  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-71
附录A 硬件PCB图  71-72
攻读学位期间取得学术成果  72

利用MB95F418芯片实现智能电表的设计与研究

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