基于MSP430FE427的单相多功能电子式电能表设计

论文摘要

近年来电能消费急剧增长,各国电力部门需要具有更多功能的电能表更公平合理地收取电费,更好地规划电能生产,因此,对单相多功能电子式电能表的需求非常旺盛。目前国内外的电子式多功能电表厂家多采用“专用电能计量芯片+MCU”的双核结构方案,但双核模式会带来核与核之间的时序匹配困难以及数据传输可靠性低等诸多问题,且因系统芯片数量多,成本较高,阻碍了多功能电表的大规模使用。为进一步降低电能表的生产成本、提高电能表运行的可靠性,本文以集成化程度高的系统级低功耗芯片MSP430FE427为核心,设计一款具有多参数测量、多通信方式、复费率等多种功能的单相电子式电能表。该设计方案结构简单、软件可移植性强、成本低、功耗低、可靠性高,具有广阔的市场前景和应用价值。全文共分为五部分:第一章为绪论,简要介绍电能表的发展历程和市场趋势,探讨基于高性能单芯片SoC的电子式多功能电能表的研究意义;第二章详细介绍主芯片MSP430FE427的资源特点和工作原理,给出电能表的技术指标,简要说明电能表的系统构成,并根据市场需求进行功能设计;第三章详述电能表的硬件电路,包括电源管理、电压电流采样、信号调理、通信、按键显示、数据存储及接口电路;第四章介绍电能表的软件开发环境,采用模块化设计方法设计电能表管理软件,给出主程序流程图,并详述时钟费率、按键显示、需量、数据结算、通信、事件记录及负荷记录等功能模块的软件实现方法;第五章分析电能表的误差来源,提出软件实现的单相电子式电能表的三点校表方法,给出样表的常规功能测试结果,介绍电能表的运行情况。实际测试结果和运行情况表明,本文设计的基于MSP430FE427的单相多功能电子式电能表工作可靠,其功能和性能符合IEC62052-11规定;有功测量误差≤0.5%,无功测量误差≤1%,满足IEC62053-22和IEC62053-24精度要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电能表的研究背景
• 1.1.1 电能表发展概况
• 1.1.2 电能表的市场趋势
• 1.2 多功能电子式电能表研究现状和发展趋势
• 1.3 课题来源及主要研究内容
• 第2章 单相多功能电能表的总体设计
• 2.1 电能表的技术指标
• 2.2 电能计量芯片MSP430FE427
• 2.2.1 MSP430FE427 芯片资源
• 2.2.2 MSP430FE427 芯片工作原理
• 2.3 电能表功能设计
• 2.4 电能表的硬件结构设计
• 第3章 单相多功能电能表的电路设计
• 3.1 电源管理电路设计
• 3.1.1 电源电路要求
• 3.1.2 电源端的干扰防护
• 3.1.3 电源电路
• 3.2 电压电流采样及信号调理电路设计
• 3.2.1 信号取样电路选择
• 3.2.2 电压电流取样电路设计及元器件参数选择
• 3.3 通信电路设计
• 3.3.1 RS-485 通信电路
• 3.3.2 光电通信电路
• 3.4 按键和显示电路设计
• 3.5 数据存储单元设计
• 3.6 其他接口电路设计
• 3.6.1 脉冲输出电路
• 3.6.2 磁检测电路
• 3.6.3 开盖电路
• 3.6.4 电网电压检测电路
• 3.7 硬件抗干扰设计
• 第4章 单相多功能电能表的管理软件设计
• 4.1 软件开发环境和设计原则
• 4.2 主程序设计
• 4.3 参数测量模块
• 4.3.1 电能参数计量原理
• 4.3.2 MSP430FE427 的计量实现
• 4.3.3 计量可靠性设计
• 4.4 时钟费率模块
• 4.4.1 实时时钟管理
• 4.4.2 费率管理
• 4.5 需量模块
• 4.6 数据结算模块
• 4.7 事件检测及记录模块
• 4.8 通信模块
• 4.9 按键显示模块
• 4.10 负荷记录模块
• 4.11 软件可靠性设计
• 4.12 电能表低功耗设计
• 第5章 单相多功能电能表的误差修正与检验运行
• 5.1 单相多功能电能表的误差来源与误差修正
• 5.2 单相多功能电能表的检验运行
• 5.2.1 电能表的计量检验
• 5.2.2 电能表的EMC 试验
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表学术论文目录
• 附录 B
• 附录 B1 电能表液晶显示图
• 附录 B2 电能表电路原理图
• 附录 B3 电能表实物图