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基于SOC技术的单相智能电表的设计与实现

作　者: 唐文亮
导　师: 全惠敏
学　校: 湖南大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 单相智能电表 SOC 71M6542F 远程费控实时时钟补偿
分类号: TM933.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着智能电网建设步伐的加速，人们对智能电表的需求与日俱增，尤其对单相智能电表的需求规模越来越大。现在已经出厂的单相智能电表大多以“专用计量芯片+专用RTC+控制芯片”的组合方案为主，但此方案存在芯片之间传输可靠性低、更新换代兼容性差和成本较高的问题。为进一步提高单相智能电表的性能、降低单相智能电表的生产成本，本文采用SOC技术，以美信出厂的高集成度、高性能的系统级芯片71M6542F为核心，设计了一款具有双向计量、实时时钟、多通信方式的高精度远程费控单相智能电表。该电表集成度高、计量精准、性能稳定且成本低廉，为智能电表的未来发展开辟了新的思路。本文首先介绍智能电表的发展历史，探讨了国内外单相智能电表发展现状，根据需求对比分析各种SOC方案的优劣，从而引出基于71M6542F芯片的远程费控单相智能电表，重点分析了71M6542F芯片工作原理和特性。然后，按照电路模块的不同功能应用，设计出了硬件总体框图，阐述了基于71M6542F的远程费控单相智能电表的硬件设计，包括电流电压采样电路、电源管理、通信电路、按键显示等接口电路，给出了硬件各电路的工作原理和电路的具体实现。接着，按照模块化和层次化的设计思想，介绍了基于71M6542F芯片的单相智能电表软件设计和运行平台，重点探讨了时钟的温度补偿算法以及小电流滤波算法。最后，介绍了基于SOC技术单相智能电表的误差分析和校正，按技术条件对单相智能电表进行了性能测试，给出了性能测试结果并说明了目前的运行情况。实际应用中的测试和运行表明，本文设计的基于71M6542F的单相远程费控智能电表工作稳定性高，计量精确，满足国家电网的相关技术要求。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 智能电表的发展历程  11-13
    1.1.1 感应式电能表  11
    1.1.2 电子式电能表  11-12
    1.1.3 智能式电能表  12-13
  1.2 国内外智能电表的现状和趋势  13-14
  1.3 课题研究的背景和意义  14-15
  1.4 课题的来源及本文主要内容  15-17
第2章基于 SOC 技术的单相智能电表总体设计  17-29
  2.1 单相智能电表的设计要求  17-19
    2.1.1 单相智能电表的工作原理  17
    2.1.2 单相智能电表的功能要求  17-19
    2.1.3 单相智能电表的技术指标  19
  2.2 单相智能电表的 SOC 芯片选型  19-21
  2.3 71M6542F 芯片介绍  21-26
    2.3.1 71M6542F 芯片的结构和特性  21-23
    2.3.2 71M6542F 芯片的工作原理  23-25
    2.3.3 71M6542F 芯片的优缺点分析  25-26
  2.4 单相智能电表的系统框架  26-28
    2.4.1 单相智能电表的硬件结构设计  26-27
    2.4.2 单相智能电表的软件架构设计  27-28
  2.5 本章小结  28-29
第3章基于 71M6542F 的单相智能电表硬件设计  29-41
  3.1 电源电路设计  29-30
    3.1.1 电源方案对比  29
    3.1.2 电源电路  29-30
  3.2 采样电路设计  30-33
    3.2.1 单相智能电表的接口规格  31
    3.2.2 电压采样电路  31-32
    3.2.3 火线电流采样电路  32-33
    3.2.4 零线电流采样电路  33
  3.3 通信电路设计  33-36
    3.3.1 RS-485 通信电路  34
    3.3.2 红外通信电路  34-35
    3.3.3 载波通信接口  35
    3.3.4 其他通信电路  35-36
  3.4 显示与按键电路  36-38
  3.5 其他接口电路设计  38-39
    3.5.1 继电器控制电路  38
    3.5.2 指示灯和电池接入电路  38-39
    3.5.3 脉冲输出电路  39
  3.6 硬件抗干扰设计  39-40
  3.7 本章小结  40-41
第4章基于 71M6542F 的单相智能电表软件设计  41-62
  4.1 软件开发环境与设计原则  41-42
    4.1.1 软件开发环境  41
    4.1.2 软件设计思想  41-42
  4.2 主程序设计  42-45
    4.2.1 正常状态的程序设计  43-44
    4.2.2 低功耗状态的程序设计  44-45
  4.3 计量单元程序设计  45-49
    4.3.1 多路采样和 CE 初始化  45-46
    4.3.2 电参量计算程序设计  46-48
    4.3.3 脉冲计量程序设计  48-49
  4.4 通信单元程序设计  49-51
  4.5 显示与按键程序设计  51-54
    4.5.1 显示驱动程序设计  52-53
    4.5.2 显示管理程序设计  53
    4.5.3 按键程序设计  53-54
  4.6 时钟单元程序设计  54-59
    4.6.1 时钟读写程序设计  54-55
    4.6.2 时钟的工作误差  55-56
    4.6.3 时钟的温度补偿  56-59
  4.7 电流滤波程序设计  59-61
    4.7.1 无限脉冲响应滤波器  59
    4.7.2 软件滤波算法的实现  59-61
  4.8 本章小结  61-62
第5章单相智能电表的误差修正与测试  62-71
  5.1 单相智能电表误差分析与修正  62-67
    5.1.1 单相智能电表的误差分析  62-63
    5.1.2 单相智能电表的误差修正  63-64
    5.1.3 单相智能电表的校表流程  64-67
  5.2 单相智能电表的基本性能测试  67-70
    5.2.1 起动试验  67
    5.2.2 潜动试验  67-68
    5.2.3 有功基本误差试验  68-69
    5.2.4 电压影响试验  69
    5.2.5 频率影响试验  69
    5.2.6 功耗测试  69-70
    5.2.7 其他性能测试  70
  5.3 单相智能电表的运行情况  70
  5.4 本章小结  70-71
结论与展望  71-73
参考文献  73-76
致谢  76-77
附录 A 攻读学位期间发表的学术论文和专利  77-78
附录 B 攻读学位期间参加的科研项目  78-79
附录 C 电能量处理程序部分代码  79-81
附录 D 智能单相电表实物图  81

基于SOC技术的单相智能电表的设计与实现

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