基于MC68HC908LJ12的三相多功能电能表的研究

论文摘要

电能表是电力系统中重要的组成部分,是衡量电能消费数量的计量仪器,其技术性要求很高,既要求精确计量,更要求稳定工作,并能保证长期高度的可靠性,对于电力事业的发展有十分重要的意义。本设计所研制的三相多功能电能表以高性能低功耗的8位Freescale单片机MC68HC908LJ12为核心,集计量、显示、控制、保护和通信于一体。系统采用ATT7022B取代了采样硬件电路。ATT7022B是一款精度高且功能强的多功能基波谐波三相电能专用计量芯片,该芯片适用于三相三线和三相四线的应用,它还集成了参考电压电路以及所有包括基波、谐波和全波的各项电参数测量的数字信号处理电路,能够测量各相及合相包括基波、谐波和全波有功功率,无功功率,视在功率,有功能量以及无功能量,同时还能测量频率,各相电流以及电压有效值,功率因数,相角等参数,提供两种视在电能,充分满足三相多功能电能表以及基波谐波电能表制作要求。相比传统的设计方法来说,这不仅大大化简了外围电路,降低了成本,而且提高了设备的精度和可靠性。此外,采取RS-485通信方式,系统能够方便地与上位机进行数据交换,更有利于电力系统的自动化。本文首先简述了电能表的发展现状,说明了智能仪表开发的步骤方法和基本原理,重点介绍了MC68HC908LJ12和ATT7022B计量芯片的特点,然后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,将整个硬件系统配置分为检测、计量、控制、存储、显示、键盘、通信接口和电源等部分,并在此基础上,详细介绍了整个系统各个部分的软硬件开发过程。最后,系统的软硬件调试及实验表明,本设计的电能表基本达到设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 电能表的发展状况
• 1.2.1 电能表的发展历程
• 1.2.2 国内外电能表应用现状
• 1.2.3 电能表的未来发展趋势
• 1.3 课题的意义
• 1.4 课题的目标
• 1.5 课题的开发过程
• 1.6 本章小结
• 第二章 系统总体设计方案
• 2.1 系统的总体设计方案
• 2.2 单片机的选择与特性
• 2.2.1 MC68HC908LJ12 的特性
• 2.2.2 MC68HC908LJ12 的引脚
• 2.3 计量芯片的选择与功能
• 2.3.1 计量芯片的选择
• 2.3.2 ATT7022B 计量芯片的引脚及功能
• 2.3.3 计量芯片的内部结构
• 2.3.4 ATT7022B 的主要功能
• 2.4 本章小结
• 第三章 系统硬件设计
• 3.1 电流、电压模拟输入通道模块
• 3.1.1 电流输入通道
• 3.1.2 电压输入通道
• 3.2 MCU 和计量芯片的连接与通信
• 3.2.15 PI 接口
• 3.2.2 ATT70228 与MC68HC908LJ12 的连接
• 3.2.3 通过串行口读相应的寄存器
• 3.3 键盘模块
• 3.4 存储模块
• 3.4.1 存储器的选择
• 3.4.2 EEPROM 的特性
• 3.4.3 AT24C16
• 2C 总线'>3.4.4 I²C 总线
• 3.4.5 AT24C16 与MCU 的连接
• 3.5 系统时钟模块
• 3.5.1 系统时钟的选择
• 3.5.2 DS1302 的结构及工作原理
• 3.5.3 DS1302 的寄存器
• 3.5.4 DS1302 的串行通信
• 3.5.5 DS1302 与单片机的连接
• 3.5.6 DS1302 应用中的一些问题
• 3.6 LCD 显示模块
• 3.7 电源模块
• 3.8 RS-485 通信模块
• 3.8.1 RS-485 接口芯片MAX487
• 3.8.2 光电隔离
• 3.9 本章小结
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 系统程序设计的基本方法
• 4.1.1 系统程序的基本特点
• 4.1.2 系统程序的设计流程
• 4.2 CodeWarrior 集成开发环境
• 4.2.1 编程语言的选择
• 4.2.2 C 语言对硬件的要求
• 4.2.3 HCS08 C 语言与标准 C 语言的区别
• 4.3 HCS08 C 语言的扩展语法
• 4.3.1 基本数据类型
• 4.3.2 变量定位
• 4.3.3 中断服务程序定义
• 4.4 程序总体框架
• 4.4.1 主程序总体设计
• 4.4.2 实时功率计量
• 4.4.3 差量电能计量
• 4.4.4 异常情况监测
• 4.4.5 时钟模块
• 4.4.6 键盘中断模块
• 4.5 系统初始化
• 4.5.1 MCU 初始化
• 4.5.2 外围设备初始化
• 4.6 系统软件设计
• 4.6.1 主程序设计
• 4.6.2 ATT7022B 的校表程序设计
• 4.6.3 总电能计量程序设计
• 4.6.4 实时电能计量程序设计
• 4.6.5 差量电能计量程序设计
• 4.6.6 键盘中断模块程序设计
• 4.7 本章小结
• 第五章 系统调试与误差分析
• 5.1 系统调试
• 5.1.1 硬件调试
• 5.1.2 软件调试
• 5.1.3 整体调试
• 5.2 误差分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录