基于DSP的单相电子式电表的设计

论文摘要

当今社会,电能已成为最重要的能源。在市场经济下,人们对电能的计量要求准确度要高,使用寿命要求长,而对用电的管理要求实现智能化、自动化。这些都是传统的感应式电能表所无能为力的。本文设计的电能表是基于DSP的单相电子式电能表。在硬件电路设计中详细分析了DSP的特点和优点,并与单片机进行了比较分析,确定了定点DSP方案。设计了特殊的电源电路,通过A/D转换器将市电转换为数字量,由采样电路对用户供电电压和电流实时采样,采用专用的电能表集成电路,利用DSP对采样电压和电流信号进行处理后转换成与电能成正比的脉冲信号输出并显示。根据需要,可以依据规定的通信协议（RS-232）,将存贮的数据上传给上位机。在软件设计上采用了模块化的编程方式,论文中对主程序和采样程序、电能计算程序等子程序进行了阐述。在计算方法上,分析了电能计量的基本参数,介绍了一些这些参数的计算方法,并对谐波分析进行了理论上的研究。最后本文对系统的硬件和软件干扰也做出了分析,提出相应的抗干扰措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 我国电能表的现状
• 1.3 电能表的分类
• 1.3.1 感应式电能表
• 1.3.2 机电脉冲式电能表
• 1.3.3 全电子式电能表
• 1.4 本论文的设计方案
• 2 电能测量方法及谐波分析
• 2.1 电能测量
• 2.1.1 有功功率的测量
• 2.1.2 无功功率的测量
• 2.1.3 视在功率的测量
• 2.1.4 功率因数的计算
• 2.2 谐波分析
• 2.2.1 傅立叶变换原理
• 2.2.2 DFT的原理
• 2.2.3 FFT算法
• 2.2.4 谐波功率的算法
• 2.2.5 电力系统谐波FFT的实现
• 2.2.6 电力系统谐波FFT算法存在的问题与解决办法
• 2.3 本章小结
• 3 系统硬件电路设计
• 3.1 硬件系统总设计方案
• 3.1.1 DSP器件的选取及硬件结构
• 3.1.2 TMS320F2407管脚介绍
• 3.2 电路设计
• 3.2.1 DSP的外围接口电路
• 3.2.2 信号采集及传感电路设计
• 3.2.3 A/D的选择及其转换通道的设计
• 3.2.4 电平转换电路
• 3.2.5 串行口通讯设计
• 3.2.6 LED数码管显示电路设计
• 3.2.7 系统电源电路设计
• 3.2.8 掉电检测装置
• 3.3 硬件系统工作原理
• 3.4 本章小结
• 4 系统软件设计
• 4.1 DSP C语言的编写
• 4.1.1 C语言中断向量地址的设定与对中断要求的处理
• 4.1.2 C语言程序函数库
• 4.1.3 C语言的格式和指令
• 4.1.4 C程序设计的优化
• 4.2 系统程序模块的设计
• 4.2.1 主程序的设计
• 4.2.2 采样程序设计
• 4.2.3 电能计算程序设计
• 4.2.4 键盘扫描及串行口通讯流程图
• 4.3 本章小结
• 5 系统抗干扰设计
• 5.1 误差分析
• 5.2 抗干扰设计
• 5.2.1 硬件抗干扰设计
• 5.2.2 软件抗干扰设计
• 5.3 掉电保护措施
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 系统硬件原理图
• 附录B 采样电路和电源电路
• 附录C 系统PCB图
• 附录D 系统主程序
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢