基于USB主机技术的三相电子式多功能电能表设计

论文摘要

不同的电能计量现场对抄表方式和通信接口有不同的需求。电能表抄表和通信接口的选取要综合考虑地理环境特点、用户用电行为、技术水平、管理体制和投资成本等多种因素。本文针对数据传输量大、电能表分布分散、不适合配置自动抄表系统的用户，设计了基于USB主机技术的三相电子式多功能电能表。这种电能表实现了谐波分析和谐波电能计量，不仅具有精度高、功耗低等优点，而且还可以分时段计量各用户的电能以提高电网利用率，达到避峰填谷的目的。基于USB主机技术的三相电子式多功能电能表为用户提供了USB接口，用户可使用U盘设置电能表运行参数、抄读电力负荷曲线和电量数据，方便现场抄表，避免了人为差错。本文首先综述电能表的发展、电力抄表方式和电能表通信接口的需求和发展，讨论了USB技术的发展及应用情况，以及USB主机技术在电能表中的应用意义；介绍了三相电子式电能表工作原理与工作流程，论述了电能计量模块硬件设计与电能计量算法的实现，介绍了电能表管理、电源、通信等模块的功能与原理；论述了USB主机技术和文件系统的基本原理，提出了基于USB主机技术的新型三相多功能电能表的结构，重点描述了USB主机单元的硬件、软件设计，以及USB接口电磁兼容设计，详细阐述了基于USB主机技术的电能表对U盘文件读写、新建、删除和修改等文件操作的设计方法；探讨了电子式电能表的抗干扰设计与低功耗设计技术，介绍了电能表的计量检验与功能检验方法，以及电能表现场运行情况，分析了电能表的误差来源，介绍了项目设计采用的误差校正方法，讨论了USB技术在电能表和抄表系统中的应用前景。本文的研究为电力抄表和电能表参数设置提供了一种简单、方便的技术手段。基于USB主机技术的三相电子式电能表，以其独有的优势与特点将得到越来越多的用户的认可。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电能表的发展
• 1.2 电力抄表的方式
• 1.3 电能表通信接口的需求与发展
• 1.4 本文的研究背景及意义
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 基于 USB主机技术的三相电能表工作原理
• 2.1 电子式电能表的基本构成
• 2.2 电能计量模块
• 2.2.1 采样单元
• 2.2.2 电能计量算法研究
• 2.2.3 DSP单元设计
• 2.2.4 计量模块接口定义
• 2.3 电能表管理模块
• 2.4 人机接口模块
• 2.5 通信模块
• 2.6 电源模块
• 第3章 电能表的 USB主机接口设计
• 3.1 USB1.1概述
• 3.1.1 USB系统组成
• 3.1.2 USB的物理接口和电气特性
• 3.1.3 USB交换的包格式
• 3.1.4 USB通信流
• 3.1.5 USB的传输方式
• 3.1.6 Mass Storage协议
• 3.2 FAT16/32文件系统
• 3.3 电能表 USB主机单元的工作原理
• 3.3.1 接入电能表的 USB设备的检测
• 3.3.2 电能表 USB设备的枚举与识别
• 3.3.3 设备驱动程序的自动确定
• 3.3.4 电能表 USB设备的退出管理
• 3.4 电能表 USB主机单元硬件设计
• 3.4.1 电能表 USB主机控制器 CH375A
• 3.4.2 电能表 USB主机硬件电路设计
• 3.4.3 电能表 USB电源设计
• 3.4.4 电能表 USB主机单元的 EMC设计
• 3.4.5 电能表 USB带宽计算
• 3.5 电能表 USB管理程序设计
• 3.5.1 电能表 USB主机驱动程序体系结构
• 3.5.2 电能表 USB主机控制器驱动程序设计
• 3.5.3 电能表 USB驱动程序设计
• 3.5.4 客户端驱动程序设计
• 3.5.5 电能表 U盘文件操作设计
• 3.6 电能表 USB主机应用程序设计
• 3.6.1 内卡数据读取
• 3.6.2 负荷曲线数据读取
• 3.6.3 电能表参数设置
• 3.6.4 U盘断开处理
• 第4章 电能表的工程设计
• 4.1 电能表的抗干扰设计
• 4.1.1 电能表的干扰来源与分类
• 4.1.2 硬件抗干扰设计
• 4.1.3 软件抗干扰设计
• 4.2 电能表的低功耗设计
• 第5章 电能表的检验、运行与误差分析
• 5.1 电能表的计量检验与功能检验
• 5.1.1 电能表的计量检验
• 5.1.2 电能表的功能检验
• 5.2 电能表的现场运行
• 5.3 三相电子式多功能电能表误差分析
• 5.3.1 电能表测量误差分析
• 5.3.2 采样和计算误差分析
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间撰写的学术论文
• 附录B 基于 USB的三相电子式多功能电能表实物图
• 致谢