基于嵌入式处理器控制的电量计量系统的研制

论文摘要

经过几十年的发展,嵌入式系统已经在很大程度上改变了人们的生活、工作和娱乐方式,而且这些改变还在加速。嵌入式处理器具有无数种类,每类都具有自己独特的个性。例如MP3、数码相机与打印机都有很大的不同;汽车中更是具有多个嵌入式系统,使汽车更轻快、更干净和更容易驾驶。本课题主要设计一种以ARM7为核的嵌入式处理器在电量计量装置中的应用,使电量计量装置的精度提高到0.5级。体现了嵌入式处理器的精度高、速度快、集成性好、可升级空间大等特点。该系统电路主要由以太网接口电路、电力参数采样电路、身份识别电路、通断电控制电路、液晶电路、按键输入电路、声光报警电路、实时时钟电路以及其它控制电路组成。以太网接口电路采用DM9000A作为以太网控制器,由于其优良的性能、低廉的价格,使其在网卡设计中选择较为广泛。在电能参数采集电路中,采用高精度的互感器和改进的软件同步交流采样方法进行电力参数的采集,并对采样数据进行了数字滤波,按照“积分和”算法进行了数据的处理。身份识别电路和通断电控制电路组成了智能开关电路。软件方面,采用嵌入式的TCP/IP协议,实现了利用以太网传输用户的用电数据的要求。利用定时器中断方式且设置定时器中断优先级最高,实现了电量采集与存储,保证了电量采集的实时性要求。另外,利用判断功率因数COSφ值,实现了判断恶性负载的要求。本课题最终实现将嵌入式电量计量装置接入以太网,实现了电量监控、管理的网络化。本课题从职工公寓的实际出发,该系统能有效克服目前各种电量计量所存在的不足之处,采用在房间内计量,精度高、功能全,并能够实现按个人的使用量收费的需求,方便的以太网接口也便于组成监控系统,推动了电量监控系统向信息化、网络化、智能化方向发展。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 嵌入式系统的概念
• 1.2 嵌入式系统的历史、现在和发展趋势
• 1.3 研究嵌入式技术的意义
• 本章小结
• 第二章 课题内容及组织形式
• 2.1 系统功能
• 2.2 硬件总体方案设计
• 2.2.1 系统的基本框架
• 2.2.2 电能计量装置的硬件总体结构
• 2.3 软件总体方案设计
• 2.4 技术指标
• 本章小结
• 第三章 硬件原理及设计
• 3.1 微处理器的基本电路设计
• 3.1.1 电源设计
• 3.1.2 晶振电路设计
• 3.1.3 复位电路设计
• 3.1.4 调试与接口电路设计
• 3.2 智能开关的电路设计
• 3.2.1 身份识别电路的设计
• 3.2.2 通断电控制电路设计
• 3.3 电量采集模块的设计
• 3.4 以太网系统设计
• 3.4.1 以太网系统的组成
• 3.4.2 网络接口设计
• 本章小结
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 电力参数采集方法
• 4.1.1 直流采样法
• 4.1.2 交流采样法
• 4.1.3 采样误差分析
• 4.1.4 算法误差与采样点数的关系
• 4.1.5 采用的算法、采样方法及采样点数
• 4.1.6 功率因数算法
• 4.2 网络接口软件和上层通信协议设计
• 4.2.1 网络接口的软件设计
• 4.2.2 嵌入式TCP/IP 协议
• 4.3 程序设计
• 4.4 装置实验与试运行结果
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢