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1、基于载波通信三相智能电表设计基于载波通信的三相智能电表的设计 摘要 智能电表作为电能数据采集的基础设备，在智能电网的建设中起着特别关键的作用。智能电表要求具备原始电能数据采集、测量和数据传输的功能。随着智能电网的发展，对智能电表提出了新的要求。由于越来越多的非线性负荷接入电网，导致电网中产生谐波污染，不仅奢侈电能还给电力部门带来肯定的经济损失。因此，具有谐波检侧功能的智能电表应运而生：随着国家节能减排的号召，为了提高居民节约用电意识，分时复费电价被提出已在部分地区实施应用，这要求电表具有分时计费功能。同时为提高用户用电的便捷，电力公司和用户间的双向通信也受到更多的关注。 课题基于徽处理器 ST
2、M32 强大的数据处理实力，协作电能采集电路及主限制器 STM32 外围电路，实现智能电表的电能计量功能、分时电价功能、双向通信功能与谐波检测功能。课题探讨了 FFT 对谐波分析中的作用，将插值加窗的 FFT算法用于谐波分析，减小了频谱泄漏和栅栏效应带来的误差影响。 课题主要完成了智能电表硬件与软件程序的设计，硬件电路主要设计了电压、电流采集电路、 ADC 采样电路、 RS-485 通信电路等。通过利用MATLAB 仿真软件，用加窗插值的 FFT 算法对谐波信号进行了仿真分析，并验证该算法对谐波分析的精确性。最终搭建试验平台对智能电表进行了调试。 关键词：智能电表；载波通信；STM32；谐波分
3、析；FFT abstract As the basic equipment of electric energy data collection, smart meter plays a very key role in the construction of smart grid. Smart meters are required to have the functions of collecting, measuring and transmitting raw power data. With the development of smart grid, new requirement
4、s are put forward for smart meters. As more and more nonlinear loads are connected to the power grid, harmonic pollution is generated in the power grid, which not only wastes electric energy but also brings certain economic losses to the power sector. Therefore, smart meters with harmonic detection
5、function have emerged at the historic moment: with the call of national energy conservation and emission reduction, in order to improve residents awareness of saving electricity, time-of-use electricity price has been proposed to be applied in some areas, which requires the meters to have time-of-us
6、e charging function. At the same time, in order to improve the convenience of users, two-way communication between power companies and users has also received more attention. The subject is based on the powerful data processing capability of the smart meter STM32, which is combined with the power ac
7、quisition circuit and the peripheral circuit of the main controller STM32 to realize the power metering function, time-of-use electricity price function, two-way communication function and harmonic detection function of the smart meter. In this paper, the effect of FFT on harmonic analysis is studie
8、d, and the interpolation and windowing FFT algorithm is applied to harmonic analysis to reduce the influence of spectrum leakage and error caused by fence effect. The subject mainly completed the design of hardware and software program of smart meter. The hardware circuit mainly designed voltage and
9、 current acquisition circuit, ADC sampling circuit, RS-485 communication circuit, etc. By using MATLAB simulation software, the harmonic signal is simulated and analyzed by FFT algorithm with windowed interpolation, and the accuracy of harmonic analysis by this algorithm is verified. Finally, an exp
10、erimental platform was built to debug the smart meter. Key words：Smart meters; Carrier communication；STM32；harmonic analysis；FFT 第一章、绪论 1.1引言 最近几年我国经济态势呈现出相对快速发展的趋势，工业信息化的兴起，正在为21世纪注入新的朝气与活力。在此过程中引起了各个领域的相关人员足够的重视，电能的切实有效利用成为当今发展的重中之重，传统形式的能源已经不能满意各行各业进一步发展的须要，尤其是在环境污染方面须要相对节能环保的能源出现。电能在工业领域的有效应用，在肯
11、定程度上可以促使社会朝着和谐稳态层次进行长足性发展，不仅能将相应的污染有效降到最低，而且能够无限满意物质文明发展的须要。电动机本身就可以称之为一种相对较为绿色的能源形式，在之前的应用过程当中，始终很受青睐。在相应的科学技术稳步提升的背景下，企业呈现出逐步规模集成与网络现代化以及更加智能自动化，尤其对智能电网的开发，在肯定程度上较相应的传统电力行业更加切实有效。不仅在操作便捷方面，而且在运用平安性方面都得到切实牢靠的应用，随着相关智能电网技术不断完善，使人类的日常生活变的更为便捷，而且具有肯定的节能环保性功效。 智能电表的出现，可以说占据着智能电网当中重中之重的地位。凭借着传统形式电表的基础技术
12、不断更新与完善融入一系列智能化因素从而形成所谓的智能电表，其所具有的特性可以归结为在肯定程度上更加稳定牢靠操作方面更为精准，可以说他是明确用户以及电力部门实际利益的化身，传统形式的电表主要集中于电磁式在与之相比之下，可以有效降低人工抄表的工作量，除此之外也可以有效避开电表老化所产生的抄表误差，精度方面更加精确，前稳定牢靠。新型智能性的电表，有效开发以后，不仅在用电计量功能上具有传统形式的保留，还集成了一系列电力信息存储功能，比如一系列多种形式的费用核算、客户端自定义 限制以及相互之间的双向通信等层面。新型的智能电表可以说是智能电网的终极形式的智能终端，在电能切实有效利用方面承载的重中之重的方向
13、。 智能电网的探讨趋势在不断朝着前沿性以及智能性发展，在此过程中就须要相应电表具有肯定的相对较为精准稳定牢靠的计量方式。电力电子的相关发展呈现出逐步日趋完善的趋势，在非线性负荷方面在电网当中也是比比皆是，在此过程中谐波电流以及电压的形式也是呈现出不断上升的趋势，在这一系列发展须要的过程当中，便会造成肯定的谐波污染。不仅在肯定程度上带来相应的电能无形奢侈干脆导致相关电力部门的经济效益蒙受折损。在这样的前提背景之下，必需有效研制出一种具有谐波检测功效的智能电表产出，国家日益加强在节能减排方面的声明，在此过程中还出台了一系列电费梯度征收的政策，其目的在于有效提升我国居民节约避开奢侈的意识，为了切实响
14、应国家的相关号召，襄阳智能电表的开发必需具备肯定的分时、分层计费功效。除此之外，也要为相关用户供应出肯定的操作便捷性，也就是在肯定程度上实现相关用户以及电力部门进行双向通信。 1.2国内外探讨现状 1.2.1国外探讨现状 针对于智能型电表开发的过程当中，国外一些发达国家起步相对较早，而且在当前的形势之下，已经呈现出高、精、尖等形式集成化的特点。不仅在硬件方面有所创新，而且更加关注各方面性能的稳步提升。发展到目前为止其相应的探讨重点集中于智能化应用的相关方面，在新型智能电表的一系列基础性探讨过程当中引入更多的先进较为科学的技术，利用智能电表来协作其他设备完成特定的功能。 针对于通信应用方面，国外
15、西方发达国家所采纳的形式要属无线传输相对较为常见，在此过程中有效引入无线传输功能与相关电力部门建立起肯定的通信网络实现实时有效通讯。所涉及到的网络类型，详细可以归结于：网状网络以及固定无线形式，或者将二者混合搭配运用，除此之外，可以说还有一些潜在资源有待开发，譬如WiFi形式的应用以及与相关物联网能够搭建平台的相关网络。在肯定程度上，不仅能够满意上端网络进行切实有效的通信，而且还能满意人类日常生活的各种行为所需。在此过程中可以有效凭借Zigbee以及相应的无线技术，将相应的新型智能电表进行家庭局域网集成化改革，在肯定程度上，将一系列的家用电器，譬如电视、空调、洗衣机等与相应的新型智能电表进行切
16、实有效的交互。在此过程中，不仅能够有效监测各个电器单独的运转状态，而且还能够监测相互之间的协作运行状态。除此之外新型的智能电表不仅仅局限于用户端的运用，还可以有效应用到电网相关设备当中。用于监测电气设备的工作状态。国外的电力公司，尤其是在变压器以及中压馈线当中引入相应的智能电表，在此过程中即可将实时数据采集以及监测功能发挥的淋漓尽致，并有效反馈到相应的限制系统当中。可以将相应的故障监测以及运行状态实时呈现到相关操作人员眼中。 虽然国外一些发达国家在这方面的探讨相对较早，但是也呈现出一系列不够规范以及适应性不强等各方面的不足，相应的各项指标标准也还未成文统一。在自检失真方面以及数据丢失层面都比比
17、皆是，很难切实有效避开，除此 之外，在谐波功率以及相应的电能有效求解方面仍处于相对探究以及完善的阶段，要想实现高度特地化的有效利用，还须要进行不断的摸索与开发。 1.2.2国内探讨现状 国内针对于新型智能电表方面的探讨与国外西方发达国家相比起步相对较晚，还处于开发探究的初级阶段，主要集中于学习以及有效消化西方所开发出的技术阅历，在自主研发方面还呈现出相对薄弱的态势，但是在一系列工程应用领域，已经得到了肯定的应用。与西方发达国家所注意的层次，还存在相对较为明显的差异，我国在这方面的探讨当中主要集中于硬件以及相应的功能实现层面。 当前形势下，我国所研制出的新型智能电表在肯定程度上，基于相应的结构可
18、以归结为以下几类：其一就是机电一体化形式的，再有就是全电子形式的。所谓的前者就是在传统机械式电表的基础上，进行相应的完善以及改造工作得以实现的，不仅能够保留传统机械表计数同步相关层面的功能，除此之外还有相应的电脉冲产出，其相应的计量精度在肯定程度上能够满意我国当前形势下的计量标准，较传统机械形式的电表相比，精度在肯定程度上得到有效改善。不仅在一些传统机械式电表改造过程当中得到切实有效的应用，而且在成本制造方面也有效降低，并且便于相关工人的操作与安装。而后者全电子形式的，融入更多的是相关电力电子层面的技术，其内部的核心要数一系列的集成电路以及相应的电子元器件，在封装方面可以实现更为精小的体积，在
19、精度层面可以说是进行了大幅度的改善，除此之外，更为突出的就是在功耗方面，自身功耗相对较少。与传统机械表相比，无论在制造工艺上，还是各方面性能稳定稳定牢靠上，都呈现出相当大的优势，信任在将来的一段时间内即将成为电力应用市场的主流产品。 在此过程中，国内针对于智能新型电表方面的探讨也在切实有效的完善，人类对物质文化发展的需求有效提升，在此过程中，对相关电力部门提出更高层次的要求，详细可以归结为精度逐步提升功能趋向于多元化、智能化、相应的操作状态更加稳定牢靠，在肯定程度上为智能化发展奠定肯定的应用基础，要想得到肯定的全面性市场化应用，还有一段很长的路要走。 1.3探讨的意义与目的 智能电网的开发已经
20、成为衡量国际综合实力的重要因素之一，迫切须要其进行逐步完善与成熟，在此过程中，相应的智能终端也就是所谓的新型智能电表承载着重中之重的地位，在将来的发展过程当中，新型的智能化电表定将替代传统形式的机械表。为了使各个方面的操作以及交互更为便捷，就要求新型智能电表进行有效连接，进行用户以及相关建立部门之间进行各方面的实时有效通讯，只有这样才能使相应的智能电表设计更为人性化，不断满意各种形式的需求。这就须要引入肯定的集成电路以及性能相对较高的微处理芯片到新型智能电表的开发过程中，最低层次的要求是进行相应的计量核算功能，为了响应国家相应的节能减排号召，还须要具备肯定的分时、分层全面自动化计量功能。在肯定
21、程度上可以对相关用户带来相应的体验便捷舒适性，除此之外还需具备肯定的数据处理以及分析实力，与此同时好对电网中所产出的一系列谐波电流一电压进行切实有效的监测，无论是在电网环境维护层面，还是相关电力部门切实效益方面都能在肯定程度上带来相对较为促进的功效。 1.4课题的主要探讨内容 本文针对于载波通信的形式进行相应的三相智能电表开发设计，结合相关电力层面的基本理论以及相关文献，设计电表可达到测量三相电压、电流、无功以及有功功率、功率因数，分时计量三相正反向有功电能，并具有计量、显示、通讯功能。同时能进行数据的测量、能量的计算、谐波电流以及电压相关实时检测以及各方面的实际应用进行切实有效的分析，在此过
22、程当中针对于相应的硬件电路、软件编程以及相关算法，绽开了一系列的探讨。 1.5论文的章节支配 第一章 主要针对于新型智能电表当前形势下国内外所呈现出的探讨状况进行了相应的总结归纳以及切实有效的分析，定确定出本文所绽开探讨的框架。 其次章 基于相应智能型式电表的实现功能，进行了相应的硬件方案设计与完善，详细涵盖了主控芯片的选取，电流、电压相关数据采集计量芯片的选择、MCU与存储模块的设计，以及主要电路的设计等。 第三章 基于相应智能型式电表所要实现的相关功能，进行了软件部分的设计开发，在此过程中进行模块化设计。 第四章 针对于电能计量、谐波电流以及电压检测方面进行总结归纳与分析，针对于谐波分析算
23、法以及所能够造成的一系列危害进行了具体的介绍与分析，并通过仿真后选择了傅立叶变换分析法，除此之外，针对于插值加窗的算法对谐波进行了切实有效的分析，还进行了一系列的仿真进行加以验证。 第五章 总结与展望。再依据相应的设计指标完成有效设计之后，回顾了之前所面临的问题以及解决方法并对此做出有效的总结，针对于本文所设计出的新型智能电表当中的不足进行了相应的展望。 第2章.智能三相电能表硬件方案设计 该硬件系统的的相关设计工作详细可以归结为：电源、数据采集计数、信息储存、通讯、信息显示以及相应的时钟模块。 (1)在电量计量方面引入芯片进行有效计数，在其内部将与位进行切实有效结合从而实现电量计量过程当中的
24、相关采集与计算工作，并将其所须要的一系列参数有效呈现出来。本身在数字信号处理方面就表现出相对优良的效果，还具备肯定的算法集成实力，无形之中就为相应的降低了肯定的工作量。 (2)模块所实行的主控芯片为旗下内核的产品，该种类型的主控芯片性价比相对较高。不仅能够进行实时快速响应，而且中断周期相对较为固定，功能相对较为齐全，价格低廉漂亮。 (3)凭借主控芯片基于协议将相应的校表数据传送到芯片内部，与计量有关的相应参数同样基于协议反馈到外部主控芯片当中，与此同时可以同步进行相应的信息记录与存储到内部，依据通信模块实现上位机之间的数据交换，随后将其显示在后台并对其加切实有效以分析。 2.1电能表硬件系统框
25、图 引入进行电量的有效计量，以及主控芯片选取旗下内核为的产品，如图2-1所示呈现出整体硬件框图。 Ac-line LCD面板 电压采样 LCD限制，驱动 STM32F103RET6 电流采样 计量芯片 ATT7022C 载波 光电隔离 485 EEPROM AC-DC FLASH 负载 电源管理 电池 图2-1 整体硬件框图 在智能电表硬件系统搭建过程当中，占据重中之重地位的可以归结为信号采集计算、数据处理以及相应的通讯模块的设计。这些模块的优良程度干脆影响相应市场份额的保有量，可以将偷电漏电、人工查表计费等现象在肯定程度上有效杜绝，一方面可以给人们带来肯定的便捷，还可以为相应的电力部门带来良
26、好的效益。 下位机的芯片选用 公司的高性能的芯片，其拥有位限制器的内核，整体封装紧凑价格低廉，大小为，最高频率为，片内有个接口，个外部中断，4个16为定时器，两个口。引入进行电量的有效计量，本身在数字信号处理方面就表现出相对优良的效果，还具备肯定的算法集成实力， 无形之中就为相应的降低了肯定的工作量。还搭载了肯定的载波通讯功能，在肯定程度上可以运用户实时监测用电状况，节约人工抄表核算的工作量，除此之外还能有效避开偷电以及漏电的现象产出。 2.2 硬件电路部分相关设计 本节主要集中于相关硬件电路的相关设计工作，详细可以归结为：电源、数据采集计数、信息储存、通讯、信息显示、相应的时钟以及载波通讯模
27、块。在满意相应功能的前提之下，尽可能的将抗扰动性能有效提升以及功耗方面有效降低。 2.2.1数据采集计数模块 电量计量的主要工作可以归咎于芯片进行完成，可以说它是该模块的重中之重的地位，该产品具备个引脚以及形式，其本身还集成了了，内部的六路分别可以实现相应电压以及电路的采样工作，另外一路可进行相应防偷电的某种参数进行采样，具有肯定的操作便捷性，还存在电压监测电路能够确保掉电下维持常态运行，除此之外还具备一个口进行切实有效的通讯，相应的外围电路归结为以下：电源、通讯、脉冲输出等。 （1） 电源电路设计 进行电源电路设计当中须要在肯定程度上确保保有肯定的电磁兼容性。三相电源供电的原理图如图2-2所
28、示： 图2-2 三相电源对att7022c供电 （2）关于脉冲输出电路设计 该功效是为校表来服务的，代表有功脉冲输出，代表无功脉冲输出。基于进行相应的限制寄存器配置，即可有效选取基波表模式，其中代表基波有功脉冲输出，代表相应的无功输出，其生成地能脉冲输出信号的过程框图如图所示： 电能脉冲输出信号过程框图 （3） SPI通讯接口电路 与主控芯片之间存在条不同的连接线，内部的口占据了相应的条，其余两条分别是复位以及相应的握手信号线。 即使内部关于的读写方面具备相对较为完善的自检方式，但还需保有肯定的反抗扰动的实力，在满意设计需求的条件下要尽可能的使连线跨度小，引地底线包袱的方式进行传输降扰工作。确
29、保将高频干扰有效压缩，引入一个的电阻去串接到信号线当中，除此之外还需在输入端引入一个去耦形式的电容，在肯定程度上可以将其理解为低通滤波器，在此过程中可将去耦电容适当放大，确保其抵挡干扰的功效较为优良。当中串入的电阻以及并入的电容要尽可能的与离得近一些,串入的电阻以及并入的电容要尽可能的与主控芯片离得近一些。当执行上电以及遭到干扰复位时，肯定要通过主控芯片有效凭借口进行相应校表数据相关更新工作，从而在肯定程度上保证计量结果的精确程度，信号的功效在于通知主控芯片进行有效的握手，在此过程中也要对进行实时监测。确保其执行上电以及复位操作后能与主控芯片在肯定程度上实现同步形式的读写，在进行复位的时候肯定
30、要确保信号高于低电平，才能实现有效复位操作，在此过程当中呈现出高电平紧接着主控芯片将信号进行相应的拉高，大约持续以后，即可宣告初始 化工作完成，便呈现出低电平，随后即可进行相应的读写，分别引入一个的电容到端口以及的输入端即可切实有效使干扰程度下降，通讯电路如图2-3所示。 图2-3 SPI通讯电路 2.2.2 及相应的数据储存模块 选用 公司的高性能的芯片，其拥有位限制器的内核，整体封装紧凑价格低廉，多任务处理机制是新型智能电表设计的重中之重，众多的数据信息均可储存在内部，基本可以实现上几个单向以及双向结算形式的总电能甚至是各种关于电能的相关费率。 （1）MCU模块 主控芯片本身就是形式的，相
31、应的各种数据路径也呈现出位形式，在此过程中包括相应的寄存器以及存储接口。其内部具备指令以及数据总线而且呈现出相对独立的状态，进行相关数据访问的过程当中便不会对指令的状态所局限，性能运转方面得到有效提升。这样一来系统总线便可无干扰地进行外设以及相应内存的访问，其中涉及到、片上以及片外的、系统部门存储单元以及相应的片外扩展。相应的指令总线实现代码储存区域的访问，即以及总线，第一项的功用在于取指。其次项的功用在于完成相关查表工作，可以基于最优的运行速率完成相应的优化工作。其运转的电压大约为，其内部具有肯定的调压 实力，即可实现的调整。此外其内部的电压调整器的运作形式可以归结为以下几种方式： (1)运
32、转模式：为主控芯片以及相应的外设保持持续进行有效供电。 (2)停止模式：也就是所谓的低功耗运行，在此也供应的电源，但是仅供进行保存数据的须要。 (3)待机模式：该模式下供电终止，各项数据全面清空，除了一系列的备份区域。 主控芯片内部存在上电以及掉电复位电路，只有相应的电压实现以后才能维持其运作，当在肯定程度上比相应的限位电压相对较低时，即为呈现出复位状态，而根本不用任何形式的外部复位电路。高速形式的外部时钟信号的产生可以归结为外部谐振器以及用户外部时钟。为了将相应的失真状态以及启动稳定时间压到最低，这就要求谐振器以及负载电容器与振荡器之间的距离不断减小。相应的外部时钟频率可以实现，必需确保其与
33、建立起有效连接，除此之外还要确保呈现出悬空状态。还存在限制器两个，无论是内部双向存储之间还是与外设之间都可以实现相对较为高速的传输，在此过程当中几乎不用执行干预，仅仅凭借数据即可实现快速移动，无形之中就对的相关资源进行了有效节约，其中存在个通道，然而仅仅存在个通道，负责外部恳求的特地化管控，除此之外还存在一个仲裁器进行相应优先权的协调工作。 内部的模数转换功能的辨别率大约是位，存在通道个，能够实现个外部以及个内部信源的相关测量，每个通道的转换功能均可实现单次、连续、扫描或间断进行，转化结果不仅能够实现左对齐的形式还可以实现右对齐形式进行位寄存器中存储，其模拟看门狗的功效在于允许程序检测当中电压
34、相应的输入是否高于事先用户所规定的高低阀值值。须要在条件下工作。相应的转换时间为：时钟呈现出基本是；时钟呈现出基本是。存在位形式的数字输入，电压输出的数字模拟转换器，可以进行位以及位形式的布置，除此之外还能够与限制器进行联合运用。在位模式下运转时，转化结果不仅能够实现左对齐的形式还可以实现右对齐形式。还存在个输出通道，相应的转换器独立存在，而且能够在双模式下运转，除此之外保持个通道同步更新输出，既可以同步完成，也能够分别单独完成。可以凭借管脚完成参考电压的录入从而确保相对较高质量的结果。如图2-4所示，呈现出硬件接口电路。 图2-4 STM32F103RET6硬件接口电路 （2）实时时钟RTC
35、 其可以称之为相对较为独立的定时器，其内部具备一组相对较为连续的计数器，只要完成良好的软件配置便可有效显示相应的时钟，仅需简洁变更其初值即可实现当前形势下的系统时间的设定。本系统实行的是芯片，其具有低电流功耗，其内部还配备了且相对较为稳定的数字形式的温度补偿晶体振荡器以及相应的分频器，并且能够执行的总线形式的高速模式；除此之外还搭载了肯定的定时报警功效，可进行天、日期、小时、分钟形式的设定；还存在固定周期形式的定时中断，以及相应的时间更新中断，还搭载了闰年调整功效。其接口电压相对较为宽泛：。时间保持电压也相对较为宽泛：。处于沟通下进行供电时，可以进行相应的软件配置确保其进行标准时速出，其详细形
36、式的功效在于：基于光耦隔离实现相应的外部校时；再有就是干脆传送到当中的一路通道，凭借进行相应秒脉冲周期切实有效的检测，进而 完成内部的时钟振荡频率的相关校准工作。当依靠电池进行供应能量时，基于软件配置即可完成秒脉冲输出的关断从而降低能量消耗。如图2-5所示，呈现出电路。 图2-5 RTC电路图 （a）电池对RTC供电（b）RTC电池电压 （3）串行外设接口以及相应的数据储存 所谓的串行外设接口允许芯片与外设进行肯定的通讯，详细方式可以归结为：同步、半全双工等形式，在肯定程度上其可进行相应主模式配备，还能在肯定程度上供应通讯时钟。协议须要凭借个引脚才能与其他部件进行切实有效的通讯：(1)：主输入
37、从输出引脚。也就是所谓的主接收，从发送。(2)：主输出从输入引脚。与第一项相反主发送，从接收。(3)：所谓的串口时钟。代表主输出，从输入。(4)：主从片选。在肯定程度上可有效避开相关数据在线上呈现冲突的现象。 选取位串行，功耗相对较低的，位字节形式的单元大约有个，引脚的功效在于生成相应的内部时钟；引脚的功效在于全局数据的收发；代表相应器件的地址输入一旦悬空即为，在肯定程度上能够实现项级联，倘如针对于进行了相应的写爱护限制以后只允许进行读操作，若引脚与构成总线寻址的形式，在这种状态下即可实现悬空操作，也可以实现与相连的操作，倘如相应的写爱护引脚与构成连接或者呈现悬空状态，即可开放相应器件完成读、
38、写操作。 如图2-6所示，呈现出与的连接电路： 图2-6 AT24C02B与RX8025T接口电路 非易失性铁电存储器选取，其本身具备肯定的高速串行，呈现出引脚高度集成封装，值得留意的是与存在肯定的差异，在肯定程度上能够实现相应的总线速率进行相应的写操作，在功耗方面也相对较低，相应的读写次数基本不受任何限制，工作状态下仅需相当低的电流即可切实有效的运行，电压范围相对较宽即。如图2-7所示，呈现出相应的接口电路。 图2-7 数据存储接口电路 （a）FRAM接口电路（b）FLASH接口电路 2.2.3显示模块 本文所开发的新型智能电表显示模块详细选用液晶屏实现相关数据的显示工作，其底色呈现出白色，
39、字体黑色显示，相应的背光就是所谓的照明形式，用户对其进行相关操作的时候，即可呈现出背光的形式，便于视察其内部显示的各项信息。所谓的对比度可以说是液晶屏相关参数当中的重中之重，在肯定程度上随着对比度的上升，相应呈现出的色调层次更加分明。 在显示层次上可以将其进行模块化，详细应用插件的形式进行连接。所选取的内部驱动芯片为，最大显示段可达，在本文当中利用两块相同的芯片，并对其进行相应的对比限制，仅需对引脚的电平形式加以限制即可完成相应的对比度调整变换。该芯片不论是用干电池进行供电还是沟通形式进行相应的供电，均能有效保持在低能耗的状态下进行类似于休眠的状态，在以及之间能够呈现出大约的压差，在肯定程度上
40、能够保持对比度几乎不变。在电路设计方面也相对较为简便并且较为稳定，如图2-8所示，呈现出显示电路接口原理图。 2.2.4 通信以及外置型电力线载波通信模块 本文所开发的智能电表本身具备个接口，其中接口与相应的外置载波通信模块进行有效通讯，实现相关抄表工作。 （1） 通信 通信接口不仅具备肯定的高效性，而且还能够满意肯定的牢靠性，除此之外还能进行多点形式的通讯，相应的电路设计涉及到个接口，在此过程当中肯定要进行相应的电气隔离，除此之外还要具备肯定的失效爱护电路，从而将相应的干扰压到最低，其实确保高效稳定。其相应的通信速率可以达到：。如图2-9所示，呈现出相应的电路。 RS485通信接口电路 （2
41、）外置型电力线载波通信模块 所谓的外置型电力线载波通信模块在肯定程度上能够实现即插即用，这个模块在我国有特地的电力部门进行一系列标准化制造，因此呈现出良好的互换性，而且适用范围相对较广。其低压接口凭借双建立起相应的联系，本文所开发的智能电表对应的弱电接口则是双插座，故能够满意连接关系。引脚代表该模块的模拟电源，相应的电压为极限瞬时电流可达。引脚代表该模块的数字形式的电源，相应的电压为极限瞬时电流可达，其与呈现出共同接地的形式。的功效在于信息 发送，为的电平。代表着各种形式的事务状况输出，一旦有时钟故障产生，便会马上呈现出高电平，意味着提示执行相应的异样查询，结束以后，复原到低电平。表征着电能表
42、基表输入信号，一旦其得到相应的高电平就标记着须要进行载波通信，在此过程中通讯波特率相对较为局限几乎保持不变。除此之外还具备肯定的失效爱护电路，确保其在任何状况下都有效避开自身性能以及相关计量失真。智能电表的侧载波耦合接口应用的是双插座进行相应的有效连接。 （3） 通信协议 目前智能电表均采纳DL/T 645- -2007 通信规约的约定格式进行通信,DL/T 645对智能电表运用中须要的数据进行了特别详尽的规定，也对通信数据校验方式进行了规定，字节采纳偶校验，数据帧采纳累加和(CS)检验的方式，这2个校验方式共同实现错误检测。 其详细的通讯协议详细可以归结为主从半双工的形式。相应的主站涵盖了手
43、持单元以及一系列其他形式的数据，智能形式的电表承载着从站的地位。各个从站之间都具备相应的地址编码，依靠主站进行相应的帧发送实现各种联系的有效把控。其中的帧涵盖了：起始符、地址码、限制字、数据域以及相应的长度、帧内容、相应的校验码以及截止符等。 通常状况下实行“偶校验联合校验”的形式，抵挡干扰实力相对不足。然而引入红外等短程通信即可将牢靠性稳步提升，起始校验在肯定程度上基本能够确保数据进行精确传输;倘如进行较远距离通讯,所产出的干扰相对较强，是否精确还需进一步校验。譬如，可以用循环冗余校验进行替代。在肯定程度上可有效避开错误现象发生。 2.3本章小结 本章将所设计的智能电表各个功能进行模块化设计
44、，进行一各个模块的硬件搭建以及功能层面的分析，详细涵盖了电源、数据采集计数、信息储存、通讯、信息显示、相应的时钟以及载波通讯模块等相关硬件电路的搭建。 第三章.三相智能电表软件部分设计 前面已经针对于硬件电路进行了切实有效且全面的设计，其主控芯片是该部分执行限制的重中之重，在接下来的软件部分设计几乎都是服务于主控芯片运作的。详细运作流程是进行相应的电流以及电压信号进行采样，在凭借转化成能够进行有效运算的数字信号，紧接着在当中进行相应的处理，即可得到满意相关指标需求的各项参数，凭借这些完成相应的电量消耗状况的一系列求解，除此之外针对于相应的谐波信号须要完成同步切实有效的谐波分析，第一步就是对其进
45、行线性插值处理，紧接着完成加窗处理，其次在进行变换，便能呈现出与电网的各项幅值与相位一样的参数并将其进行有效存储，在此过程当中凭借串口进行有效通讯，基于分段时间函数来确定分时分层计费，并在显示屏当中进行实时数据呈现。 3.1总体软件设计流程 在进行相关软件部分设计的过程当中，也融入了一系列模块化构想，在此过程中有利于清楚可读，在肯定程度上具有相对较强的移植性，在效率方面也能有所提升，智能电表相关功能得以实现是凭借各个功能块的子程序进行联合。详细涵盖了计量、谐波分析、储存以及通讯子程序等。 1.首先须要做的就是一系列初始化问题。整体形式的初始化在肯定程度上可以归结为是相应的寄存器以及相应的子模块
46、进行有效配置，除此之外还要涉及定时器以及相应时钟的初始化配置。 2.系统程序对一系列的子程序进行有效调用，从而实现智能电表各个方面的功能。 3.在运行过程当中务必要保证相对较为合理的先后依次，进而使其在肯定程度上进行稳态运转。 图3-1 主程序框图 一旦其进行有效上电，就须要完成一系列的初始化。换一句话说就是各项参数有效配置，详细可以归结为相应的晶振承载着主体时钟的地位，针对于随意的都附有不同类型的含义。完成相应的初始化以后，便要对所采集到的相关信号实行谐波分析，除此之外针对于相应的谐波信号须要完成同步切实有效的谐波分析，第一步就是对其进行线性插值处理，紧接着完成加窗处理，其次在进行变换，便能
47、呈现出与电网的各项幅值与相位一样的参数并将其进行有效存储，在此过程当中凭借串口进行有效通讯，基于分段时间函数来确定分时分层计费，并在显示屏当中进行实时数据呈现。 针对于分时分层计费要依据相关文件要求详细确定，在此过程当中，各个地区呈现出肯定的分时差异，绝大多数都是以个时段进行成天划分，其中每个部分占据着小时，详细划分为：高峰期、一般性时期、低谷时期等。在程序编写的过程当中进行简化，故在实际操作当中将其按两部分进行计算，也就是所谓的高峰期以及低谷时期，即分别为与。在进行针对化编程当中，有 效凭借状态标记位进行时段变更做出相应的判别，在低谷时期运行的时候即，一旦呈现出从到的跳变，相应的计量模式便会跳转到高峰期所规定的运算方式进行相应的计费，并完成之前各项数据的存储以及显示到液晶屏当中。 3.2模块程序设计 3.2.1 耗电量计量以及谐波分析程序框图 电能计量流程图如图3-2图示： 图3-2 各项参数信息的刷新频率周期大约为左右，与此同时还伴随着相应标记位的设定，随后主程序即可对相应的数据进行切实有效的处理，在完成一个更新周期以后须要进行标记位的重置工作，否则便会陷入所谓的空循环的形式。 一旦主程序能有胜利接受到相应的标记位，其就能够转入的谐波分析运行，在此过程当中完成更