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新型电能监控系统的研究与设计

作　者: 任烨
导　师: 韩成浩
学　校: 吉林建筑工程学院
专　业: 建筑技术科学
关键词: 片上系统 MAXQ3180 智能电网 GPRS 谐波测量 SPI通信
分类号: TU855
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

近年来,随着智能电网的不断发展,用电量在不断增加的同时用户对电能质量的要求也越来越高。其中,对三相负载的电压、电流、功率以及谐波等参数的准确计量和具体抄表方式也成为电力部门和用户普遍关注的问题。国内外许多研究机构采用AD7755等计量芯片做了研究,但都由于测量参数有限而不能测量谐波等参数。因此,要寻求一种相对科学、合理、更有效方法来解决这一矛盾。本文提出了一种基于MAXQ3180芯片的新型电能采集和存储管理设计方案。系统主要由下位机电能参数采集和保存、数据通信以及上位机数据管理等部分组成。下位机部分由片上系统C8051F060单片机、MAXQ3180计量芯片片、LCD1602液晶显示以及案件等组成,而片上系统具有CAN通信和SPI接口的功能。计量芯片对三相负载的电压、电流、功率、功率因数以及谐波等参数进行测量。片上系统和计量芯片之间利用四线SPI通信,将所采集的用电参数传送至单片机。下位机采集的数据则通过GPRS通信模块和CAN总线通信传送至远端的服务器,并存入数据库中，保证了通信的完全畅通利用结构化高级程序设计语言VB对上位机的管理界面进行设计,将计量芯片所测量的参数一一显示从保护来，管理员和用户能够实时地调用并查看计量参数信息。通过对上位机的管理，实现了自动远程!抄表盒监控的功能。最后,经过芯片的选择、硬件、软件以及上位机管理等几部分的设计和实验检测,所设计的电能监控系统具有工作稳定、操作简便、计量准确、性价比高等特点,达到了预期的效果,在我国智能电网建设中具有广泛的应用前景

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 课题研究的背景和意义  11-14
  1.2 国内外研究现状  14-16
  1.3 主要研究内容与文章安排  16-19
第2章系统方案设计  19-27
  2.1 微处理器选择  19-20
  2.2 电能计量芯片选择  20-24
    2.2.1 精度比较  21-22
    2.2.2 计量参数比较  22
    2.2.3 电气参数比较  22
    2.2.4 监控功能比较  22-24
  2.3 GPRS模块选择  24-26
  2.4 系统总体框图  26
  2.5 本章小结  26-27
第3章系统硬件部分设计  27-49
  3.1 单片机系统设计  27-30
    3.1.1 C8051F060芯片介绍  27-29
    3.1.2 JTAG接口电路  29-30
  3.2 计量部分电路设计  30-31
    3.2.1 电压通道电路  30-31
    3.2.2 电流通道电路  31
  3.3 通信电路部分设计  31-39
    3.3.1 SPI接口电路  31-32
    3.3.2 GPRS接口电路  32-34
    3.3.3 CAN总线介绍  34-38
    3.3.4 串行通信接口电路  38-39
  3.4 输入输出接口电路设计  39-41
    3.4.1 显示接口电路  39-41
    3.4.2 键盘接口电路  41
  3.5 电源电路系统设计  41-43
    3.5.1 通用型电源电路  41-42
    3.5.2 稳压电源电路  42-43
  3.6 系统硬件抗干扰设计  43-44
  3.7 PCB制作  44-48
    3.7.1 绘制原理图  44-46
    3.7.2 设计PCB图  46-48
  3.8 本章小结  48-49
第4章系统软件部分设计  49-77
  4.1 片上系统软件部分设计  49-54
    4.1.1 C8051F060 单片机开发l工具介绍  49-50
    4.1.2 C8051F060 I/O口配置  50-53
    4.1.3 系统软件主程序  53-54
  4.2 电能计量部分软件设计  54
  4.3 通信部分软件设计  54-70
    4.3.1 SPI通计处理模块软件设计  54-59
    4.3.2 GPRS通信软件设计  59-66
    4.3.3 RS-232通信软件设计  66-70
  4.4 输入输出部分软件设计  70-71
    4.4.1 LCD1602软件设计  70-71
    4.4.2 按键处理模块软件设计  71
  4.5 谐波测量部分软件设计  71-74
  4.6 软件异常情况判断及抗干扰设计  74-75
    4.6.1 异常情况判断处理  74
    4.6.2 抗干扰设计  74-75
  4.7 本章小结  75-77
第5章系统上位机管理  77-87
  5.1 系统综合管理  77
  5.2 建立VB界面  77-80
    5.2.1 建立新工程项目  78-79
    5.2.2 用户界面  79-80
    5.2.3 系统综合管理界面  80
  5.3 监测与控制部分  80-81
  5.4 数据库管理  81-86
    5.4.1 数据上传  82
    5.4.2 故障和事故报警  82
    5.4.3 数据文件的导入和导  82-83
    5.4.4 数据库选择  83-85
    5.4.5 数据结构设计  85-86
  5.5 本章小结  86-87
结论  87-89
参考文献  89-93
附录1  93-94
附录2  94-95
攻读学位期间发表的学术论文  95-98
致谢  98-99
个人简历  99

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