用于取水计量的三相数字远传电能表设计

论文摘要

随着科学技术的不断的进步，自动化与远程监控技术不断地提高，水利部门在地下水的使用管理上提出了电量计量模式，它是在使用地下水进行灌溉等用途时将使用抽水泵的电量作为用水量的依据和标准，因此开发和研制稳定可靠，精度高、具有数据远传功能的取水计量表已显得十分迫切和需要。本文通过分析了用于取水计量的三相数字远传电能表在地下水使用管理系统中的地位，提出了总体技术方案。传统做法是以机械电能表为基础，采用图像识别技术进行读数，然后通过相关接口将数据读出，这种发式不仅精度低，而且不具备数据远传功能，而本文在设计中突破传统做法，以综合应用自动化控制、信号采集、数字信号处理、ARM，数据远传等技术为思路，设计出具有数字化、高精度计量、抗干扰、数据远传等功能，适合地下水使用管理系统对取水计量表要求的三相数字远传电能表系统。在硬件设计方面上以嵌入式ARM处理器LPC213X系列MCU为核心，实现ARM的硬件控制系统，以ATT7022B为计量芯片，实现高速数字运算功能，为三相数字电能表实现高精度提供保证，以BENQ的M22为远传模块，保证了数据在无线通讯中的稳定性和可靠性。并且根据功能需要完成硬件平台、信号采集电路、显示电路、远程监控模块等的硬件开发设计。在软件设计方面综合考虑三相数字电能表应用的具体背景，提出了三相数字电能表软件设计的总体思路，结合多任务操作系统的多线程、消息队列、信号量等思想，设计了包括数据采集、数据通信、数据存储、数据显示、状态处理等各个软件功能模块在内的嵌入式系统。为了提高用于取水计量的三相数字远传电能表的可靠性，对该数字电能表的硬件可靠性、软件可靠性、数据远传的安全性做了详细的分析。在软件方面增加软件陷阱和看门狗技术以提高软件的可靠性；在数据远传方面使用的加密技术与GPRS网络安全技术一起确保数据远传的安全性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的提出
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 流量计量
• 1.3.2 电能计量模式
• 1.4 本文的主要工作及组织结构
• 第2章 三相数字远程电能表的方案设计
• 2.1 三相数字远程电能表与地下水使用管理系统
• 2.2 三相数字远程电能表的设计需求
• 2.3 主要技术原理及应用方案分析
• 2.3.1 采样技术原理及应用方案
• 2.3.2 远程无线通信的实现方案
• 2.4 本章小结
• 第3章 三相数字远程电能表的硬件设计
• 3.1 硬件整体结构图
• 3.2 主控制器的选择
• 3.3 外围电路的设计
• 3.3.1 计量芯片
• 3.3.2 信号采集电路设计
• 3.3.3 存储器接口电路设计
• 3.3.4 液晶显示电路设计
• 3.3.5 电源模块设计
• 3.3.6 远传模块选择及接口电路设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 三相数字远程电能表的软件设计
• 4.1 软件设计要求与设计思路
• 4.1.1 软件设计要求
• 4.1.2 软件设计思路
• 4.2 软件流程图
• 4.2.1 主程序流程图
• 4.2.2 中断子程序流程图
• 4.3 多任务操作系统概念在本系统中的应用
• 4.3.1 多任务技术的应用
• 4.3.2 消息队列技术的应用
• 4.3.3 信号量的应用
• 4.4 各部分功能的实现
• 4.4.1 SPI数据通讯
• 4.4.2 数据转换
• 4.4.3 液晶显示模块控制
• 4.4.4 存储器的规划与操作
• 4.4.5 无线通信模块控制
• 4.5 ADS集成开发环境
• 4.6 本章小结
• 第5章 三相数字远程电能表的可靠性研究
• 5.1 三相数字远传电能表的可靠性要求
• 5.2 硬件可靠性
• 5.3 软件可靠性
• 5.3.1 软件陷阱
• 5.3.2 看门狗监控技术
• 5.4 信息安全
• 5.4.1 信息加密
• 5.4.2 GSM网络本身的安全机制分析
• 5.5 三相数字远传电能表的抗攻击性分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 存在问题及研究展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢