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基于51单片机的电能表的课程设计
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基于51单片机的电能表的课程设计
官方公共微信基于MSP430FE427的单相多功能电子式电能表设计--《湖南大学》2011年硕士论文
基于MSP430FE427的单相多功能电子式电能表设计
【摘要】：近年来电能消费急剧增长,各国电力部门需要具有更多功能的电能表更公平合理地收取电费,更好地规划电能生产,因此,对单相多功能电子式电能表的需求非常旺盛。目前国内外的电子式多功能电表厂家多采用“专用电能计量芯片+MCU”的双核结构方案,但双核模式会带来核与核之间的时序匹配困难以及数据传输可靠性低等诸多问题,且因系统芯片数量多,成本较高,阻碍了多功能电表的大规模使用。
为进一步降低电能表的生产成本、提高电能表运行的可靠性,本文以集成化程度高的系统级低功耗芯片MSP430FE427为核心,设计一款具有多参数测量、多通信方式、复费率等多种功能的单相电子式电能表。该设计方案结构简单、软件可移植性强、成本低、功耗低、可靠性高,具有广阔的市场前景和应用价值。
全文共分为五部分:第一章为绪论,简要介绍电能表的发展历程和市场趋势,探讨基于高性能单芯片SoC的电子式多功能电能表的研究意义;第二章详细介绍主芯片MSP430FE427的资源特点和工作原理,给出电能表的技术指标,简要说明电能表的系统构成,并根据市场需求进行功能设计;第三章详述电能表的硬件电路,包括电源管理、电压电流采样、信号调理、通信、按键显示、数据存储及接口电路;第四章介绍电能表的软件开发环境,采用模块化设计方法设计电能表管理软件,给出主程序流程图,并详述时钟费率、按键显示、需量、数据结算、通信、事件记录及负荷记录等功能模块的软件实现方法;第五章分析电能表的误差来源,提出软件实现的单相电子式电能表的三点校表方法,给出样表的常规功能测试结果,介绍电能表的运行情况。
实际测试结果和运行情况表明,本文设计的基于MSP430FE427的单相多功能电子式电能表工作可靠,其功能和性能符合IEC62052-11规定;有功测量误差≤0.5%,无功测量误差≤1%,满足IEC62053-22和IEC62053-24精度要求。
【关键词】：
【学位授予单位】：湖南大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2011【分类号】：TM933.4【目录】：
摘要5-6Abstract6-10第1章 绪论10-15 1.1 电能表的研究背景10-12
1.1.1 电能表发展概况10-11
1.1.2 电能表的市场趋势11-12 1.2 多功能电子式电能表研究现状和发展趋势12-13 1.3 课题来源及主要研究内容13-15第2章 单相多功能电能表的总体设计15-21 2.1 电能表的技术指标15 2.2 电能计量芯片MSP430FE42715-18
2.2.1 MSP430FE427 芯片资源16-17
2.2.2 MSP430FE427 芯片工作原理17-18 2.3 电能表功能设计18-20 2.4 电能表的硬件结构设计20-21第3章 单相多功能电能表的电路设计21-33 3.1 电源管理电路设计21-23
3.1.1 电源电路要求21-22
3.1.2 电源端的干扰防护22
3.1.3 电源电路22-23 3.2 电压电流采样及信号调理电路设计23-25
3.2.1 信号取样电路选择23-24
3.2.2 电压电流取样电路设计及元器件参数选择24-25 3.3 通信电路设计25-27
3.3.1 RS-485 通信电路25-26
3.3.2 光电通信电路26-27 3.4 按键和显示电路设计27-28 3.5 数据存储单元设计28-29 3.6 其他接口电路设计29-31
3.6.1 脉冲输出电路29
3.6.2 磁检测电路29-30
3.6.3 开盖电路30
3.6.4 电网电压检测电路30-31 3.7 硬件抗干扰设计31-33第4章 单相多功能电能表的管理软件设计33-64 4.1 软件开发环境和设计原则33 4.2 主程序设计33-35 4.3 参数测量模块35-44
4.3.1 电能参数计量原理35-36
4.3.2 MSP430FE427 的计量实现36-43
4.3.3 计量可靠性设计43-44 4.4 时钟费率模块44-47
4.4.1 实时时钟管理44-47
4.4.2 费率管理47 4.5 需量模块47-49 4.6 数据结算模块49-50 4.7 事件检测及记录模块50-52 4.8 通信模块52-55 4.9 按键显示模块55-58 4.10 负荷记录模块58-59 4.11 软件可靠性设计59-62 4.12 电能表低功耗设计62-64第5章 单相多功能电能表的误差修正与检验运行64-72 5.1 单相多功能电能表的误差来源与误差修正64-67 5.2 单相多功能电能表的检验运行67-72
5.2.1 电能表的计量检验67-70
5.2.2 电能表的EMC 试验70-72结论72-74参考文献74-78致谢78-79附录 A 攻读学位期间所发表学术论文目录79-80附录 B80-82 附录 B1 电能表液晶显示图80-81 附录 B2 电能表电路原理图81-82 附录 B3 电能表实物图82
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