基于單片機(jī)的數(shù)字電能表設(shè)計(jì)(參考版)
2024-08-20 01:44本頁(yè)面
【正文】 首先向在本次設(shè)計(jì)研究工作中付出大量心血的李老師致以崇高的敬意和衷心的感謝!最后，向評(píng)閱本設(shè)計(jì)以及論文答辯的專(zhuān)家、老師們致以崇高的敬意!22。李老師不僅在學(xué)術(shù)上給予了嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)細(xì)致而富有遠(yuǎn)見(jiàn)的指導(dǎo)和熱情的鼓舞，而且在治學(xué)態(tài)度、科學(xué)觀(guān)點(diǎn)與方法論方面也給我以深刻地影響，他淵博的理論知識(shí)、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、敏銳的洞察力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、忘我的工作精神、謙虛和藹的為人、坦蕩的胸襟將使我終身受益。本論文工作對(duì)基于MSP430系列單片機(jī)的數(shù)字電能表的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究具體工作可歸納如下：基于MSP430C323進(jìn)行了電能表的完整設(shè)計(jì)，所采用的電壓電流采集電路具有特色和成本優(yōu)勢(shì)：以電能表為對(duì)象，重點(diǎn)探討了基于低功耗單片機(jī)的低功耗儀表的基本原理和設(shè)計(jì)技術(shù)，探索了利用MSP430C323的有限硬件資源與軟件的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘、I2C和串行通信等接口的設(shè)計(jì)方法。N開(kāi) 始喚醒電能表送電能表地址接受電能表的應(yīng)答幀地址是否相同填寫(xiě)發(fā)送緩沖區(qū)發(fā)送子程序接收子程序接收數(shù)是否正確填寫(xiě)接收緩沖區(qū)接收完畢退出通信是否重發(fā)YNNYNYYY圖11 手持抄錄器紅外通信流程圖開(kāi) 始接收電能表地址地址是否正確接收主站的請(qǐng)求幀讀數(shù)據(jù)請(qǐng)求幀填寫(xiě)發(fā)送緩存區(qū)發(fā)送子程序接收子程序接收主站應(yīng)答幀是否重發(fā)退 出發(fā)送異常幀進(jìn)行電能表的響應(yīng)和控制NNNYYY圖12 電能表紅外通信流程圖5 總結(jié)智能儀器儀表作為一種智能系統(tǒng)，智能型多費(fèi)率電能表作為一個(gè)智能型器件，十分適用于高層建筑、密集的住宅區(qū)等密集用戶(hù)區(qū)的集中管理，本設(shè)計(jì)方案采用低功耗器件，成本較低，便于集成。 從站(電能表)的紅外通信程序 當(dāng)主站(手抄錄器)向從站(電能表)發(fā)送讀數(shù)據(jù)幀后，進(jìn)入接收電能表響應(yīng)狀態(tài)，接收電能表響應(yīng)數(shù)據(jù)幀。當(dāng)抄表器收到電能表發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)后，首先判斷接收到的數(shù)據(jù)是否正確，如果正確則將數(shù)據(jù)填入接收緩沖區(qū)，如果不正確，將重新發(fā)送。然后抄表器向電能表請(qǐng)求讀取其地址(表號(hào))，如果電能表的地址與抄表器的地址不符合，抄表器退出通信并報(bào)出相應(yīng)的錯(cuò)誤標(biāo)志。 主站(手持抄錄器)的紅外通信程序 手持抄錄器作為紅外通訊的一部分，在此給出手持抄錄器的紅外通信流程圖。手持抄錄器為主站，多功能電能表為從站，通信鏈路的建立與解除均由主站發(fā)出的信息幀來(lái)控制。MSP430中含液晶控制寄存器、液晶顯示緩存器、段輸出控制、公共端輸出控制、液晶模擬電壓多路器及時(shí)序發(fā)生器等，其程序流程圖10。 I2C接口的模擬電能表設(shè)計(jì)中MSP430在與FM24C16的I2C總線(xiàn)通信中顯然是作為主器件而作用的，在沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的I2C接口模塊的情況下，其示意圖見(jiàn)圖5。電壓和電流輸入腳上得到的A/D值要經(jīng)過(guò)以下的處理才能得到進(jìn)入電能計(jì)算的數(shù)據(jù)：； V標(biāo)準(zhǔn)電壓的A/D值進(jìn)行修正。 電能計(jì)費(fèi)模塊的軟件設(shè)計(jì)BTCNT2中斷電流/電壓？存i(n1)u(n)計(jì)算電能增量并累計(jì)u(n2)=u(n)RET設(shè)置BTCNT2按2048Hz中斷110點(diǎn)累計(jì)完成？停止BTCN2計(jì)算平均功率計(jì)算秒電能增量分時(shí)計(jì)費(fèi)NY圖9 電能計(jì)算流程圖8的主流程中的電能計(jì)算部分可細(xì)化為 圖9的流程圖，左邊的流程嵌入主流程中，每秒種執(zhí)行一次，右邊是2048Hz的中斷服務(wù)程序。 （2）基于平均功率的計(jì)量方法 考慮到電能表負(fù)載具有如下的特點(diǎn)：負(fù)載的平均功率是比較平穩(wěn)的；平均功率的變化較少緩慢的過(guò)渡過(guò)程，由設(shè)備的投入或切出所導(dǎo)致的功率的變動(dòng)在瞬間完成；瞬時(shí)功率具有周期性(100Hz )，因此可以利用這一特點(diǎn)快速求得平均功率。 若采用式（4－2）提示的方法設(shè)計(jì)軟件模塊，勢(shì)必導(dǎo)致如下的結(jié)果：，為保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，對(duì)電流和電壓的采樣必須采用足夠高的采樣頻率； ，CPU必須總是處于活動(dòng)方式?，F(xiàn)代軟件設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要觀(guān)念就是軟件的模塊化設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)是功能明確，出錯(cuò)率低、修改方便、維護(hù)容易，便于團(tuán)隊(duì)工作，有利產(chǎn)品推出速度等，因此在電能表的設(shè)計(jì)中，也可把軟件按不同的功能分解成大小不同的軟件模塊，這些模塊大致有： —系統(tǒng)的初始化模塊； —電壓電流數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理模塊； —數(shù)據(jù)分析，功率、電能等電氣參數(shù)計(jì)算模塊； —分時(shí)計(jì)費(fèi)模塊； —液晶顯示模塊； —紅外串行通信以及發(fā)送數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、接收數(shù)據(jù)處理模塊；—E2PROM的讀寫(xiě)模塊。由于電表實(shí)現(xiàn)連續(xù)計(jì)量，因此主程序是一個(gè)循環(huán)處理，累加計(jì)算的過(guò)程，在這個(gè)循環(huán)過(guò)程中不斷按照一定的機(jī)制調(diào)用各個(gè)功能模塊，實(shí)現(xiàn)不同的功能。把解調(diào)得到的數(shù)據(jù)送到串行數(shù)據(jù)接收引腳RXD()由串行口進(jìn)行處理。；；第三行為BG1發(fā)射極的波形，當(dāng)TXD數(shù)據(jù)為0時(shí)有連續(xù)的脈沖串，而TXD數(shù)據(jù)為1時(shí)無(wú)脈沖出現(xiàn)。因?yàn)榇?lián)的2個(gè)三極管為PNP型的，所以只有在TXD和載波均為低電平時(shí)才能同時(shí)導(dǎo)通并使發(fā)光二極管發(fā)光。1kHz。因此需要將數(shù)據(jù)“載”在頻率較高的載波信號(hào)上進(jìn)行調(diào)制。手持抄錄器可將采集的電能表數(shù)據(jù)傳輸給供電部門(mén)的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。在手持抄錄器的控制下可通過(guò)紅外通信端口將數(shù)據(jù)發(fā)送至紅外抄錄器中。 電能表自動(dòng)抄表系統(tǒng)紅外通信主要有三部分構(gòu)成，分別是電能表、手持抄錄器和上位計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。在發(fā)射端，對(duì)發(fā)送的數(shù)字信號(hào)經(jīng)適當(dāng)?shù)木幋a和調(diào)制后，送入電光變換電路，驅(qū)動(dòng)紅外二極管發(fā)射紅外光脈沖，在接收端，紅外接收器對(duì)收到的紅外信號(hào)進(jìn)行光電變換，并進(jìn)行解調(diào)和譯碼后，恢復(fù)出原信號(hào)。該串行通道可實(shí)現(xiàn)以下的功能：（1）即使在低功耗方式下亦可自動(dòng)檢測(cè)接收數(shù)據(jù)的起始位；（2）提供75—115200的波特率發(fā)生功能；（3）硬件鎖存TXD和RXD數(shù)據(jù)。 圖5 MSP430與FM24C16的接口電路 串行通信接口的實(shí)現(xiàn)
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