智能电表的设计和实现

论文摘要

随着国家智能电网发展战略的确定,其重要的基础设施智能电表成为了智能电网发展的启动项目,国家电网公司也根据自身的需求,制定并发布了符合中国国情的一系列技术条件和规范。本文所述即为其中一款带有无线通信功能的智能费控电能表,该电能表除了具备计量功能外,还具有采集数据、双向通信、远程预付费、停电监测、窃电监测、控制用户设备、远程维护升级等作用,其连续通信功能可以用于电力系统中的实时监控,并可以作为需求侧的管理接口,从而实现对需求侧的实时管理操作。本文首先介绍了智能电表的发展背景,然后重点对远程预付费和通信单元的具体设计实现进行了深入研究,提出并设计了具备GPRS和以太网络通信接口的费控电能表,此表型分计量单元和通信单元:计量单元主要负责计量和对各种计量数据进行存储、统计、分析,能对现场的用电状况进行分析记录;而通信单元则主要负责电力公司与智能电表的交互以及智能电表与用户的交互,智能电表与用户的交互主要通过智能电表的以太网接口,用户可以通过该接口访问智能电表内的嵌入式WEB服务器,获取表计内的统计信息,了解自己的用电习惯,而电力公司与智能电表的交互主要通过GRPS信道,智能电表响应主站发出的各类命令,返回主站需要的各类表计数据,同时对表计进行实时监测,将各类告警事件及时通知主站系统。通信单元的硬件平台我们选择了ATMEL公司的AT91SAM9260和西门子的GPRS通信芯片MC55以及网络芯片DM9161,软件平台则选用了以稳定性和实时性著称的VxWorks操作系统。同时为了保证通信的安全性,在计量单元内嵌入了ESAM(嵌入式安全访问模块),通过它与主站的加密机来完成安全认证和数据的加解密,从而保证数据的完整性和安全性。最后对智能电表的发展做了一个展望,通信方式的发展将不断革新智能电表的应用模式。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 系统研发背景、目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 主要研究内容及文章结构
• 第2章 智能电表的系统架构
• 2.1 智能电表的总体设计
• 2.2 智能电表的硬件设计方案
• 2.2.1 GPRS 通信的硬件设计
• 2.2.2 以太网通信的硬件设计
• 2.2.3 安全认证模块的硬件设计
• 2.2.4 USB 通信的硬件接口设计
• 2.2.5 计量单元的硬件设计
• 2.3 智能电表软件调试环境的搭建和设计方案
• 2.3.1 嵌入式操作系统的选择
• 2.3.2 VxWorks 的开发环境搭建
• 2.3.3 系统软件架构方案
• 2.4 本章小结
• 第3章 远程预付费的设计实现
• 3.1 远程预付费的系统组成
• 3.2 远程预付费的流程设计
• 3.2.1 相关知识说明
• 3.2.2 远程身份认证设计
• 3.2.3 远程预付费相关操作设计
• 3.3 安全认证芯片的驱动设计实现
• 3.4 远程预付费软件调试
• 3.5 本章小结
• 第4章 通信单元的设计实现
• 4.1 基于以太网的用户交互设计实现
• 4.1.1 底层网络芯片驱动设计
• 4.1.2 嵌入式WEB 服务器的移植
• 4.1.3 基于WEB 的用户交互设计
• 4.2 GPPS 通信软件设计与实现
• 4.2.1 GPRS 通信软件总体设计
• 4.2.2 事件监视任务
• 4.2.3 事件处理任务
• 4.2.4 链路维持任务
• 4.2.5 GPRS 数据发送任务
• 4.2.6 短信数据发送任务
• 4.2.7 GPRS 和主站通信规约
• 4.2.8 GPRS 通信软件调试
• 4.3 USB 进行本地升级程序的设计实现
• 4.3.1 Vxworks 的USB 组件加载
• 4.3.2 U 盘更新程序的实现
• 4.3.3 U 盘更新程序的软件调试
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果