基于以太网的三相电能表的研究

论文摘要

随着网络技术的飞速发展,办公楼宇或住宅小区的用电管理也正逐步走向智能化、网络化。论文针对传统的电表系统具有抗干扰能力差、计量不精确、人工抄表费时费力、功能单一等缺点,提出了一套基于以太网传输的三相电量采集系统。该系统采用电能计量芯片CS5460A负责采集电量,AT89S53单片机作为数据处理的核心部件,通过SPI总线传送电流、电压、有功、无功等实时测量值,并用以太网控制器ENC28J60,实现以太网通信,配合上位机显示,对电能进行集中管理。本系统采用电子计量芯片代替传统的机械脉冲式电能表,并结合用电特性,使得电能计量精度大大提高,电量统计也更加精确。电能表输出的脉冲信号经过网络模块的统计换算之后,通过以太网传输给管理计算机,使得传输距离大大增加。用电量信息经过统计计算存入数据库,可以生成一个用户用电报表并可打印出来,这样可有效的把电能计量、收费管理、用电过程管理等功能集于一体。采用以太网总线控制,不仅减少了布线的成本和难度,且利于数据在局域网内的共享。本文首先对当前电子式电能表的发展情况、技术特点作了一个简单的概述。其次阐述了系统的硬件电路设计及系统软件设计,并对以太网通信的重要依据——TCP/IP协议作了全面的分析,介绍了TCP/IP协议的四个协议层:链路层、网络层、传输层和应用层及其具体实现方法,精简了TCP/IP协议。最后简单介绍了上位机上的管理软件设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 电子式电能表简介
• 1.2.1 电能表的发展历程及发展趋势
• 1.2.2 电子式电能表的基本结构
• 1.2.3 电子式电能表的优点
• 1.3 基于以太网的电表系统的提出
• 1.3.1 几种现行的电表集抄方式及其缺点
• 1.3.2 基于以太网的电表系统的优点
• 1.4 本课题的主要内容及创新点
• 第2章 硬件设计
• 2.1 电能测量原理
• 2.2 系统硬件的总体设计
• 2.3 工作电源电路
• 2.4 电能计量芯片
• 2.4.1 CS5460A的内部功能结构及工作原理
• 2.4.2 采样电路设计
• 2.5 CPU
• 2.5.1 AT89S53简介
• 2.5.2 AT89S53与CS5460A的硬件电路
• 2.6 显示电路
• 2.7 以太网通信模块设计
• 2.7.1 ENC28J60简介
• 2.7.2 AT89S53与ENC28J60的硬件电路
• 2.8 硬件的抗干扰设计
• 2.9 本章小结
• 第3章 软件设计
• 3.1 软件设计的总体要求和构思
• 3.2 CS5460A的相关处理程序
• 3.2.1 CS5460A的初始化
• 3.2.2 数据采集子程序
• 3.2.3 校准子程序
• 3.3 ENC28J60的驱动程序
• 3.3.1 ENC28J60的初始化
• 3.3.2 数据的发送流程
• 3.3.3 数据的接收流程
• 3.4 SPI串行通信程序
• 3.4.1 CS5460A与单片机的SPI串行通信
• 3.4.2 ENC28J60与单片机的SPI串行通信
• 3.5 显示模块子程序
• 3.6 软件的抗干扰设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 嵌入式TCP/IP协议栈的设计与实现
• 4.1 TCP/IP协议概述
• 4.2 精简TCP/IP协议栈的实现
• 4.2.1 以太网帧的结构
• 4.2.2 各协议帧的结构及其实现
• 4.3 协议处理的完整流程
• 4.4 本章小结
• 第5章 上位机管理软件
• 5.1 管理软件的设计目标
• 5.2 上位机的Socket网络编程
• 5.2.1 Socket概述
• 5.2.2 Socket调用
• 5.2.3 数据报套接字的工作流程
• 5.2.4 Socket接收和发送数据
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结
• 6.1 工作的成果
• 6.2 工作的不足
• 6.3 前景与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A ENC28J60的初始化程序
• 附录 B 显示模块子程序
• 附录 C 硬件电路图
• 攻读学位期间的研究成果