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基于TDK71M6521的电子式电能表设计

2020-12-12阅读(461)

基于TDK71M6521的电子式电能表设计

论文摘要

随着我国经济建设的高速发展，各行各业对电能的需求越来越大，低成本高可靠性电子式电能表具有非常广阔的市场潜力。鉴于目前广泛使用的基于的“专用计量芯片+MCU”双核方案的多功能电能表还存在匹配性不够好、数据通信不够可靠、价格贵等缺点，开发基于高性能的单芯片SoC的多功能电能表很有必要。再者，工业用电与居民用电的窃电行为严重，使国家和电力经营企业蒙受了巨大的经济损失，提高电能计量装置本身的防窃电能力意义重大。另一方面，目前国内电能表的通信协议尚未统一，不利于组建自动抄表系统、建设智能电网，研发具有互操作性的DLMS（Device LanguageMessage Specification）/COSEM（Companion Specification for Energy Metering）通信协议的电能表是国内外电能计量技术发展的大势所趋。据此，本文设计了一款基于TDK71M6521单芯片SoC结构的智能化多功能电能表。系统既实现了高精度分时复费率计量和需量计量，又能实时监测窃电行为，通信协议符合IEC-62056标准（标准整体上可以分为DLMS和COSEM两大部分），本电能表成本低廉、计量准确、功能丰富、运行可靠，具有广阔的应用前景。全文共分为6部分：第1章为绪论，主要介绍电能表的发展历史，探讨多功能电子式电能表的研究现状以及发展趋势，阐述本课题的提出及意义，指出本文研究的主要内容；第2章介绍了基于TDK71M6521芯片的电子式电能表的基本结构、设计目标以及系统的总体设计方案；第3章详细介绍了电能计量芯片TDK71M6521的工作原理，重点给出了基于TDK71M6521的单相多功能电子式电能表的电路设计，探讨了防窃电设计方法；第4章介绍了仪器的软件开发环境和运行平台，详细阐述了仪器的主程序设计和分时复费率模块、电能计量模块、需量计量模块、通信模块等软件设计方法；第5章研究电能表的误差修正与仪器的可靠性设计；结论部分总结了全文的工作，指出了后续工作方向。本文设计的SoC单相电子式电能表，实现了高精度分时复费率计量和需量计量，具有有效的防窃电功能，通信协议符合IEC-62056标准，已批量生产。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景
  • 1.2 电能表的发展历史
  • 1.2.1 感应式电能表的产生与发展
  • 1.2.2 电子式电能表的产生与发展
  • 1.3 电子式电能表与感应式电能表的比较
  • 1.4 多功能电能表研究现状及发展趋势
  • 1.5 本项目的研究意义
  • 1.6 本文研究的主要内容
  • 第2章 基于 TDK71M6521 的电子式电能表总体设计
  • 2.1 电能测量的基本方法
  • 2.1.1 感应式电能表的测量原理
  • 2.1.2 电子式电能表的测量原理
  • 2.2 电能参数的测量
  • 2.2.1 电压电流有效值的测量
  • 2.2.2 功率测量
  • 2.3 基于 TDK71M6521 的电子式电能表的构成
  • 2.3.1 电能表的硬件构成
  • 2.3.2 电能表的总体架构
  • 第3章 基于 TDK71M6521 的电子式电能表硬件设计
  • 3.1 TDK71M6521 芯片介绍
  • 3.2 计量单元设计
  • 3.2.1 信号取样电路选择
  • 3.2.2 计量前端电路设计
  • 3.3 信息处理单元设计
  • 3.4 电源电路设计
  • 3.5 通信接口设计
  • 3.5.1 内部通信接口
  • 3.5.2 外部通信接口
  • 3.6 显示单元设计
  • 3.7 防窃电电路设计
  • 第4章 基于 TDK71M6521 的电子式电能表软件设计
  • 4.1 系统软件开发环境介绍
  • 4.2 多功能电能表的软件设计思想
  • 4.2.1 程序的层次化设计
  • 4.2.2 程序内核封装性设计
  • 4.2.3 功能模块灵活增减的设计
  • 4.2.4 任务时间片管理
  • 4.3 主程序设计
  • 4.4 时钟费率模块
  • 4.5 电能计算模块
  • 4.6 需量计量模块
  • 4.7 通信模块
  • 4.7.1 IEC62056 体系简介
  • 4.7.2 IEC62056-21 的简介
  • 4.7.3 对象标识系统
  • 4.7.4 接口类
  • 4.7.5 通信模块的物理连接和协议
  • 4.7.6 通信的实现
  • 第5章 电能表的误差分析与可靠性分析
  • 5.1 电能表的误差来源与误差修正
  • 5.1.1 电能表的误差来源
  • 5.1.2 电能表的误差修正
  • 5.2 电能表的抗干扰设计
  • 5.2.1 电能表的干扰来源及影响
  • 5.2.2 电能表的硬件抗干扰方法
  • 5.2.3 电能表的软件抗干扰方法
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录 A 攻读学位期间参与的项目与撰写的学术论文
  • 附录 B IEC62056-21 的帧定义
  • 附录 C 电能表实物图

    • 相关论文文献

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