基于PL3201的多功能电能表设计

论文摘要

随着我国经济的发展和电力体制改革的推进,未来几年,国内市场对电能表有大量的需求,同时,随着电子技术和通信技术的发展,许多功能更加强大的集成电路成为我们进行系统设计的首选,同时,电力系统中自动抄表和电费分时计量也对多功能电能表提出了更大的挑战。本课题正是在这样的背景下产生的,研究并实现了一种基于SoC(System on Chip)的多功能电能表。经典的多功能电能表设计都是以MCU(Micro Controller Unit)为控制单元,外围电路由计量芯片,载波芯片,红外通信芯片,时钟芯片等组成,系统设计较为复杂,成本较高。本文提出的多功能电能表以PL3201为主芯片,在单芯片上实现了电能计量、载波通信、红外通信、实时钟单元,充分满足了用户对多功能电能表提出的高性能需求,极大的简化了设计难度,并提高了系统可靠性,多功能电能表单芯片解决方案是一种全新的尝试。论文以安徽电能表规范为基础,充分分析了多功能电能表的需求本原理,针对各种各种能表规范为基础,充分分析了多功能模块的划分,进行了系统的硬件和软件设计,并就设计中的难点重点问题进行了讨论。论文对软件部分的阐述最为详细,为了充分发挥单芯片系统的功能,其内嵌功能模块需要逐一调试,为了实现可靠性及抗干扰设计,论文从多个角度采取了不同的解决方法。最后,本设计得到了最终实现。本论文的重点放在PL3201的应用上,因为目前国内这样的单芯片解决方案比较少。难点放在载波通信模块的实现上。因为本方案首次在通信中采用了码分多址的技术,使得不同台区之间的抄表干扰在很大程度上得到降低。本系统对于多功能电能表的开发提供了较好的参考作用,具有一定的现实意义。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 本课题研究背景
• 1.2 电能表的发展趋势及现状
• 1.2.1 感应式电能表（机械表）
• 1.2.2 机电一体式电能表
• 1.2.3 全电子式电能表
• 1.2.4 多功能电能表现状
• 1.3 多功能电能表简介
• 1.3.1 计量功能
• 1.3.2 红外通信功能
• 1.3.3 预付费功能
• 1.3.4 远程通信功能
• 1.4 论文的选题背景及意义
• 1.5 论文的工作安排和结构安排
• 2 多功能电能表系统设计
• 2.1 系统的总体结构
• 2.2 载波通信原理介绍
• 2.2.1 电力线载波的干扰
• 2.2.2 扩展频谱通信的定义
• 2.2.3 扩频技术理论证明
• 2.3 电能计量原理介绍
• 2.3.1 电能计量公式
• 2.3.2 有功计量的数字信号处理
• 2.4 系统功能需求
• 2.4.1 通信方式
• 2.4.2 计量方式
• 2.4.3 显示方式
• 2.4.4 时钟
• 2.4.5 设置电表
• 2.5 系统功能单元说明
• 2.5.1 主芯片介绍
• 2.5.2 电能计量单元
• 2.5.3 载波通信单元
• 2.5.4 红外通信单元
• 2.5.5 LCD 显示单元
• 2.5.6 存储器单元
• 2.5.7 继电器驱动单元
• 2.5.8 实时钟及数字调校单元
• 3 多功能电能表软件详细设计
• 3.1 开发环境介绍
• 3.2 主程序设计
• 3.3 载波部分设计
• 3.4 红外部分设计
• 3.5 计量脉冲部分设计
• 3.6 显示部分设计
• 3.7 按键部分设计
• 3.8 费率转换部分设计
• 3.9 冻结处理部分
• 3.10 铁电存储器地址分配部分
• 4 校表及抗干扰设计
• 4.1 校表
• 4.1.1 校表模式介绍
• 4.1.2 软件校表操作过程
• 4.1.3 相位校正
• 4.1.4 线性补偿
• 4.1.5 交流频率计量过程
• 4.1.6 电压和电流有效值计量
• 4.2 抗干扰设计
• 4.2.1 形成干扰的基本要素及干扰对电能表的影响
• 4.2.2 硬件抗干扰技术
• 4.2.3 软件抗干扰技术
• 5 总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 论文不足
• 5.3 论文展望
• 参考文献
• 作者简历