基于以太网的嵌入式电表的设计

论文摘要

在电力行业高速发展的背景下,各种用于计量的电表应运而生,但是在现行国内电能计量管理中,其自动化整体水平仍然较低。尤其是在对数量巨大的居民小区的管理中,仍采用传统的人工抄表方式,不仅工作效率低、误差大,而且对人力物力资源造成极大浪费,所以对传统的电表和用电管理模式进行改造,使之符合社会发展的需要就显得很有必要。随着网络技术的飞速发展,论文提出了一套基于以太网传输的三相电量采集系统。该系统采用电能计量芯片ADE7758负责采集电量,MC68HC11A8单片机负责数据处理,通过SPI总线传送电流、电压、有功、无功等实时测量值,并用以太网控制器ENC28J60,实现以太网通信,对电能进行集中管理。系统采用专用电能计量芯片,并结合用电特性,使得电能计量精度大大提高。电能表输出的脉冲信号经过网络模块的统计换算之后,通过以太网传输给上位机,大大增加了传输距离。用电信息经过统计计算存入数据库,有效的把电能计量、收费管理、用电过程管理等功能集于一体。采用以太网总线控制,不仅减少了布线的成本和难度,并且数据可通过局域网实现共享。本文首先对当前电子式电能表的发展情况、技术特点以及开发的步骤方法和基本原理作了一个简单的概述,其次重点介绍了各个芯片的特点,然后根据系统的技术要求和功能特点对整个系统的硬件和软件做出详细阐述,最后对如何实现精简的TCP/IP协议作了全面的分析,并且对相应的管理软件做了简单介绍。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 电能表的发展趋势及现状
• 1.2.1 电能表的发展历程
• 1.2.2 电能表技术的发展趋势
• 1.3 课题的提出及意义
• 1.3.1 远程抄表的方式
• 1.3.2 课题的提出及意义
• 1.4 课题的主要内容
• 第2章 系统硬件设计
• 2.1 电能量参数的计量原理
• 2.1.1 电压和电流有效值的计算
• 2.1.2 频率的计算
• 2.1.3 功率的计算
• 2.2 系统的总体设计方案
• 2.3 电能计量芯片
• 2.3.1 ADE7758的内部功能结构及工作原理
• 2.3.2 采样电路设计
• 2.4 CPU及SPI简介
• 2.5 MCU与ADE7758的硬件电路
• 2.6 LCD显示电路
• 2.7 MCU与ENC28J60的硬件电路
• 2.7.1 ENC28J60简介
• 2.7.2 MCU与ENC28J60的硬件电路
• 2.8 工作电源电路
• 2.9 本章小结
• 第3章 系统软件设计
• 3.1 软件设计的特点及其方案
• 3.2 系统流程及其初始化
• 3.3 ADE7758的电参数设置
• 3.3.1 ADE7758的初始化
• 3.3.2 ADE7758的读写操作
• 3.4 以太网通信模块
• 3.4.1 ENC28J60的初始化
• 3.4.2 ENC28J60的通信流程
• 3.4.3 模拟SPI串行通信
• 3.5 液晶显示程序
• 3.6 本章小结
• 第4章 精简TCP/IP协议栈的实现
• 4.1 TCP/IP协议简介
• 4.2 精简TCP/IP的原则
• 4.3 TCP/IP协议栈的实现
• 4.3.1 以太网帧结构简介
• 4.3.2 链路层协议的实现
• 4.3.3 网络层协议的实现
• 4.3.4 传输层协议的实现
• 4.4 本章小结
• 第5章 管理软件
• 5.1 WinSock网络编程
• 5.1.1 WinSock简介
• 5.1.2 Winsock编程原理
• 5.1.3 Winsock的工作流程
• 5.2 WinSock数据的收发
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结
• 6.1 设计的成果
• 6.2 设计的不足
• 6.3 前景与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 硬件电路图