576 浏览电气设备多功能电能仪表设计
摘要：人们的生产生活离不开电能,随着石化能源的日益枯竭以及环境污染的逐渐加剧,人们对电能的消耗越来越多,这也导致电能计量仪表的使用越来越多。当前各类电气设备层出不穷,电能仪表的应用场合更加广泛,因此对电能仪表提出了各种新的使用要求。本文主要研究针对电气设备使用的三相多功能电能仪表,要求仪表具备较高的测量精度,具有较低的成本,具备多样化的通信方式,以满足不同客户的使用要求。论文首先介绍了课题的选题背景和研究意义,在此基础分析了当前电气设备电能仪表发展存在的相关问题。其次讨论了电能仪表设计所需的关键技术,包括ADC模拟数字转化技术和电气参数测量的基本算法,对比分析了不同通信方式的特点以及其适用场景。在对新型电能仪表功能需求分析的基础上,讨论了电能仪表的总体设计。将电能仪表分为强电单元、信号处理单元和显示通信单元,分析了模块化设计的优势。对比分析不同类型控制器的优缺点,选定ADSP-BF531作为核心控制器,选定AD73360芯片作为ADC转换芯片。在总体设计的基础上,重点分析了电能仪表硬件单元的设计。介绍了BF531控制器部分的时钟系统设计,详细分析了系统时钟分频设计方案。研究人机接口单元部分设计,选择LCD12864液晶显示器作为显示单元,采用SPI接口与DSP控制器进行通信。详细讨论了电源管理单元的设计。仪表提供交流和直流两种供电方式,电源缺相时仪表正常工作,交流断电时仪表可以继续运行。重点介绍了通信接口电路设计,研究了各个接口的具体实现方式以及电路实现方式。分析了电能信息采样处理电路设计和DSP最小系统电路设计,给出了详细的电路设计方案。分析了电能仪表的软件系统设计,并对电能仪表进行性能测试。将电能仪表按照不同的功能单元设计不同的子程序,并重点分析了ADC采样子程序的设计。最后从功能测试和性能测试两个角度验证电能仪表的功能和性能。本设计中电能仪表具备常规的RS-232、RS-485和红外通信,同时根据客户的需求可以选配CAN总线通信和4G无线通信方式。该三相电能表满足0.2S级的精度要求,工作稳定可靠。
关键词：电能仪表
文章目录
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题的背景及意义
1.2 国内外电气设备仪表研究概况及发展趋势
1.2.1 国内外电能表的发展概况和发展趋势
1.2.2 国内外电能计量芯片的研究状况
1.3 目前电气设备仪表发展存在的相关问题
1.4 本文的主要内容和结构安排
2 电气设备多功能电能仪表设计关键技术分析
2.1 电气设备多功能电能仪表总体结构
2.2 模拟信息采样技术
2.3 通信技术
2.3.1 有线通信方式分析
2.3.2 无线通信方式分析
2.4 电气参数测量基本算法
2.4.1 电压和电流有效值测量
2.4.2 有功功率测量
2.4.3 频率测量
2.4.4 准同步算法
2.5 本章小结
3 多功能电能仪表的总体设计
3.1 多功能电能仪表的需求分析
3.2 多功能电能仪表的总体设计
3.2.1 强电单元
3.2.2 信号处理单元
3.2.3 显示通信接口单元
3.2.4 三个单元分开设计的优势分析
3.3 关键器件的对比选择
3.3.1 主控制器的对比选择
3.3.2 ADC芯片的选择
3.4 本章小结
4 多功能电能仪表各个功能单元详细设计
4.1 BF531 控制器系统时钟设计
4.2 人机接口单元设计
4.3 电源管理单元设计
4.3.1 供电单元的需求分析
4.3.2 供电单元的具体设计
4.4 通信接口电路设计
4.4.1 红外通信接口电路
4.4.2 RS-232 通信接口设计
4.4.3 RS-485 通信接口设计
4.4.4 4G无线通信接口设计
4.4.5 CAN总线电路设计
4.5 电能信息采样处理电路设计
4.6 DSP工作最小系统电路
4.7 本章小结
5 多功能电能仪表软件设计与性能测试
5.1 系统软件总体结构
5.2 ADC采样子程序设计
5.3 多功能仪表的测试
5.3.1 多功能仪表的功能测试
5.3.2 多功能仪表的性能测试
5.4 本章小结
结论
参考文献
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