综合电力监控仪表的设计

论文摘要

电能是用途最广的能源之一,随着科学技术和国民经济的发展,人们对电能的需求量日益增加,电力资源也日益短缺。电能有效、合理的应用,日益得到人们的重视,为保障电网的安全运行和了解电网运行的状态,作为电力管理系统组成部分的电力监控仪表也起着越来越重要的作用。现有的电力监控仪表不断被新的、性能更可靠、功能更强大、使用更方便、量程更宽广、精度更高的仪表所取代,取代的方向主要集中在可靠性、先进性、易用性、扩展性和开放性这几个方面。针对目前广泛采用的A/D+MCU测量电网参数的电力监控仪表开发周期长、软件复杂的缺点,本文提出了一种基于ATT7022A芯片的综合电力监控仪表的实现方案,ATT7022A是高精度三相电能测量专用芯片,它集成了ADC、数字积分器、参考电路以及电能测量和有效值计算的数字处理模块。本设计所研制的多功能电力监控仪以高性价比的8位SST单片机为核心,集测量、控制、保护和通信于一体,采用ATT7022A取代了采样硬件电路,与传统的设计方法相比,不仅大大简化了外围电路,降低了成本,而且提高了设备的精度和可靠性。此外,采取RS485通信方式,仪器能够方便的与上位机进行数据交换,更有利于电力系统的自动化。本文简述了电力仪表的发展过程,说明了智能仪表基本原理和开发的步骤方法,介绍了ATT7022A和SST系列单片机的特点。根据系统的技术要求和功能特点确定了总体设计和硬件实现方案。整个硬件系统分为测量单元、运算处理模块、人机接口、通信接口、输入输出模块、数据存储模块、复位、电源监测电路七部分,并在此基础上,详细介绍了整个系统各部分的软硬件开发过程。经过系统的软硬件调试,实验结果表明,设计的综合电力监控仪性能稳定,各项指标基本达到技术要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 电力仪表的发展进程
• 1.3 本课题的开发过程及完成的工作
• 1.3.1 系统开发过程
• 1.3.2 本文完成的工作
• 第2章 仪表总体设计
• 2.1 电能采样原理
• 2.2 感应式电能表测量原理
• 2.3 电子式电能测量原理
• 2.4 设计方案选择
• 2.4.1 电能数字处理芯片的指标比较
• 2.4.2 采用 ATT7022A设计方案的优点
• 2.5 主要性能及技术指标
• 2.6 系统的结构设计
• 2.7 本章小结
• 第3章 系统硬件设计
• 3.1 测量单元
• 3.1.1 互感器
• 3.1.2 数字信号处理芯片
• 3.2 运算处理模块
• 3.2.1 程序存储器
• 3.2.2 数据存储器
• 3.2.3 SST单片机的 SoftICE仿真器
• 3.2.4 SST单片机性价比
• 3.2.5 单片机与ATT7022A的连接
• 2C存储器件的连接及时序'>3.2.6 单片机与 I²C存储器件的连接及时序
• 3.3 人机接口
• 3.3.1 LED接口电路
• 3.3.2 键盘设计
• 3.4 通信接口
• 3.4.1 通信接口电路
• 3.4.2 RS-485通信应注意的问题
• 3.5 输入输出模块设计
• 3.6 复位、电源监测电路
• 3.7 印刷电路板设计
• 3.8 本章小结
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 系统程序设计的基本方法
• 4.1.1 系统程序设计要求
• 4.1.2 系统程序设计流程
• 4.2 Keil C51介绍
• 4.3 系统软件设计
• 4.3.1 主程序设计
• 4.3.2 中断程序设计
• 4.3.3 串行通信
• 4.3.4 上位机数据查询程序
• 4.3.5 ATT7022A数据读取程序
• 4.3.6 数据存储程序
• 4.3.7 键盘程序、LED显示程序
• 4.4 软件抗干扰措施
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统的误差及校正
• 5.1 系统的误差分析
• 5.2 系统误差的校正
• 5.2.1 软件校表流程
• 5.2.2 校表应用举例
• 5.3 本章小结
• 第6章 系统的调试与结果
• 6.1 系统硬件调试
• 6.2 系统软件调试
• 6.3 系统调试过程
• 6.4 测试结果
• 6.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 附录 1 样机实验板
• 附录 2 综合电力监控仪表原理图