【正文】 圖38 CHG300VB引腳及產(chǎn)品實(shí)物圖電度表的計量單位是千瓦時，要將監(jiān)測值與計量值比較，監(jiān)測儀也要能測出電度數(shù)，千瓦時是有功功率與時間的乘積。產(chǎn)品參數(shù)特性：額定輸入電流，30A；額定輸出，4V；非線性度，＜%；線性范圍(RL→0)，0A～15A；相移 (RL→0)，＜5′(補(bǔ)償后)。參數(shù)計算：R4=R5=12V/10mA=1200Ω，D19=D20：穩(wěn)壓值Uz=5 V 電流互感器選用的為上海涌緯自控成套設(shè)備有限公司的CT04304W型精密電流互感器。+、－端所接R4，R5為限流電阻，用于限制從電源流入的電流，使其在安全范圍內(nèi)。15V；工作電流，10mA；工作溫度，25℃～70℃；輸出額定電壓，5V；精度，%；線性度，%。其產(chǎn)品參數(shù)特性如下：額定電壓（有效值），300V；測量范圍，450～450（V）；工作電壓，DC177。目的是使輸出電壓在單片機(jī)端口能承受的電壓范圍——0~5V之內(nèi)，起到保護(hù)單片機(jī)的目的。R1為限流電阻，用于限制從電源Vcc流入的電流，使其不超出傳感器的工作電流。隔離可以使傳感器用于既無光電隔離原件和其他隔離反饋技術(shù)，而又需要隔離的應(yīng)用場合。電流采集用電源線（引腳4，5）專為極低電壓損失設(shè)計。傳感器內(nèi)包括一個精確的線性霍爾集成芯片，該芯片針對傳感器內(nèi)部的磁路被優(yōu)化，從而提高了傳感器的靈敏度。線性電流傳感器選擇ACS750LCA075，它是高速電流傳感器，為工業(yè)自動化系統(tǒng)中的電流信號傳感（sensing），提供了即經(jīng)濟(jì)又精確的解決方案，集成化設(shè)計使得應(yīng)用更加簡易。它的不足之處正如使用傳統(tǒng)的電壓、電流互感器一樣，系統(tǒng)在縱向上變得復(fù)雜，不穩(wěn)定因素增加，且精度容易受到影響。這時如果2超出了AD芯片的輸入電壓范圍，可以比例縮小到合適的電壓范圍內(nèi)。交流信號盡管就其幅值大小來說，可以直接進(jìn)入單片機(jī)，但A/D轉(zhuǎn)換器只能對單極性信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此，若使用交流信號輸出的互感器，也還要再對信號進(jìn)行必要的調(diào)理，才能用A/D轉(zhuǎn)換器對其進(jìn)行幅值的測量。不足也是顯而易見的，如果使用單相的互（傳）感器的話，每相就要用到4個互（傳）感器，三相就需要12個，在經(jīng)濟(jì)上的花費(fèi)較大。使用交流輸出的互感器來做信號的相位檢測，其輸出直接進(jìn)入后面的相位檢測環(huán)節(jié)。對于幅值測量來說，直流信號更方便測量，因?yàn)榛ィ▊鳎└衅鬏敵龅?~5V信號可以直接進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器。隨著電子計量技術(shù)的成熟，電子式電能表早已被廣泛應(yīng)用，方案二其實(shí)也已經(jīng)非常常用，又因?yàn)樗谶x型、安裝、調(diào)試、維護(hù)以及經(jīng)濟(jì)性等方面幾乎全面優(yōu)于方案一，因此選用方案二?，F(xiàn)在市場上有很多這樣的互感器產(chǎn)品，產(chǎn)品的標(biāo)稱就是“電度表專用互感器”，它可以將交流電網(wǎng)上的電壓、電流信號直接轉(zhuǎn)換成小幅值的交流信號，甚至是小幅值的直流信號，對這樣的小信號處理起來顯然更為方便，方法也可以更為靈活。更為關(guān)鍵的是其輸出電壓、電流仍然較大，一般還需要經(jīng)過二次變換，這樣做會使系統(tǒng)更復(fù)雜，出現(xiàn)故障的幾率增加。此方案的技術(shù)比較成熟，一般在互感器后接電壓表、電流表、功率表等儀表做測量元件。按照工程經(jīng)驗(yàn)，一般選擇二次側(cè)電壓為100V的電壓互感器，二次側(cè)電流為5A的電流互感器。第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計經(jīng)過對文獻(xiàn)資料的查閱參考，本單元擬定了如下的設(shè)計方案：方案一：=100V的電壓互感器，=5A的電流互感器；方案二：輸出為小幅值交流信號或直流信號的電流互感器/傳感器。并且在功耗和精度的控制方面，方案二也不如方案一容易容易。電能量采樣、測量、計算、顯示、存儲一般由電能表來完成，是一種模擬式測量方法。它的電壓、電流鐵芯線圈分別位于鋁盤的上下兩側(cè)，將鋁盤夾在中間，線圈上產(chǎn)生的電壓、電流交變磁通穿過鋁盤時會在鋁盤上產(chǎn)生感應(yīng)電流，磁通和感應(yīng)電流相互作用，使鋁盤轉(zhuǎn)動起來。首先要通過電壓信號源器件將高壓信號成正比的變?yōu)榈蛪弘娦盘?，通過電流信號源器件將大電流信號成正比地變成小電流信號；然后通過傳輸線將這個低電壓、小電流信號傳輸給AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再由計算機(jī)完成數(shù)據(jù)計算，存儲，送顯示器顯示等功能，并可以完成通信的功能，是一種數(shù)字式測量方法。目前常用的電能計量裝置有兩種，一是基于感應(yīng)機(jī)械式測量原理的，一種是基于感應(yīng)電子式測量原理的。精度：1%；在測量和計算環(huán)節(jié)要考慮該項指標(biāo)的要求，保證各個環(huán)節(jié)的精度，以使得設(shè)計出的整個系統(tǒng)滿足精度要求。額定功耗：≤1W；在選用各個器件時，應(yīng)進(jìn)行必要的比較，盡量選用功耗小的器件。10%（50Hz）；需要電源供電的器件，要選用額定工作電壓為AC220V的型號，或做一個穩(wěn)壓電源。此項功能要求監(jiān)測儀要具有CAN總線通信模塊。具有故障信息報警與越限報警功能；報警功能要根據(jù)判斷出的故障信息正確報警，應(yīng)該具備邏輯判斷的功能?？僧?dāng)?shù)仫@示線路電壓值、線路電流值、計量故障信息；可以顯示各種信息，應(yīng)該具備必要的顯示設(shè)備和必要的顯示管理，從而正確顯示功能要求現(xiàn)實(shí)的信息。讀取電度表的實(shí)時計量值；要讀取電能表的實(shí)際計量值，就必然要求電能表的計量值也是可以存儲，并且可以被讀出。 對各項功能要求作如下簡單分析：線路電壓、電流的幅值、相位的自動采集、轉(zhuǎn)換、存儲；、電流幅值和相位的信息，首先要將電網(wǎng)上的大電壓，大電流轉(zhuǎn)換成幅值較小的電壓，電流信號，這樣既可以方便測量，又可以降低對測量設(shè)備在絕緣，保護(hù)等方面的要求，并且可以給以后的安裝、維護(hù)等工作都帶來很大的方便。并且要達(dá)到如下的技術(shù)指標(biāo)：額定工作電壓：AC220V177。因此，本設(shè)計的主體應(yīng)該為一個具備比較、判斷、統(tǒng)計、報警及傳遞數(shù)據(jù)等功能的電能計量裝置。主要涉及到的設(shè)計內(nèi)容是電能量計量。分析設(shè)計題目要求，根據(jù)系統(tǒng)功能要求，完成總體的設(shè)計方案；熟悉電能計量原理，傳感器技術(shù)，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)等技術(shù)問題，掌握檢測、控制、通訊等技術(shù)要求；完成各個功能單元電路設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行硬件和軟件設(shè)計（其中包括設(shè)計原理分析、方案比較、部分參數(shù)計算等）設(shè)計并繪制系統(tǒng)的電器原理圖及軟件流程圖；第二章 總體方案論證本設(shè)計的題目是“基于CAN總線的電能量損失監(jiān)測儀的設(shè)計”。 采用微電子技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)，通過接口電路將PT輸出的電壓計量信號和CT輸出的電流計量信號進(jìn)行采集處理，微處理器(MCU)對采集來的三相電壓、電流計量信號進(jìn)行各種運(yùn)算處理，計算出相應(yīng)三相交流電的有功功率、無功功率、功率因數(shù)以及各相的累加電量，這些數(shù)據(jù)存儲在微處理器的存儲單元中，可隨時通過CAN總線數(shù)據(jù)包的形式將這些數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)端的電量管理計算機(jī)，完成前端數(shù)據(jù)采集模塊的功能。本設(shè)計充分析了電能計量，傳感器技術(shù)，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)等技術(shù)問題，參考了大量的解決方案，進(jìn)行總體方案的論證、功能單元電路的分析、設(shè)計、整定計算，元器件選型，提出了一整套完整的設(shè)計方案。因此，現(xiàn)在急需能夠?qū)﹄娔艿氖褂脿顩r和供電線路的工作狀態(tài)進(jìn)行有效實(shí)時監(jiān)控的工具，以避免由于非法用電產(chǎn)生不必要的經(jīng)濟(jì)損失，發(fā)生安全事故。另外，一些用戶為了偷電，私自改接線路，這些情況不能被及時地發(fā)現(xiàn)，給供電線路以及用戶自身埋下了可怕的安全隱患。非正常計量問題不僅困擾電力企業(yè)的發(fā)展，也給國家造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，年損失電量大于幾十億千瓦時。電能量是供用電雙方電貿(mào)易結(jié)算的依據(jù)，其計量的準(zhǔn)確性直接影響到雙方的貿(mào)易關(guān)系。電對人類生活的影響有兩方面：一是能量的獲取轉(zhuǎn)化和傳輸，二是電子信息技術(shù)的基礎(chǔ)。本設(shè)計綜合運(yùn)用了傳感器技術(shù)，電子技術(shù)，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，CAN總線技術(shù)等，提出了一套完整的設(shè)計方案，可以實(shí)現(xiàn)對供電線路的工作狀態(tài)和用戶電能表計量的實(shí)時監(jiān)測，監(jiān)測信息顯示，發(fā)出報警，并且可以根據(jù)監(jiān)控中心需要，上傳監(jiān)測到的信息?；贑AN總線的電能損失檢測儀的設(shè)計畢業(yè)論文目錄中英文摘要 2第一章 概述 3 3 3 3第二章 總體方案論證 5 論證與選擇 6第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 8 8 13 18 18 CAN總線單元 22 RS232串行通信單元 24 26 28 29第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 31第五章 設(shè)計總結(jié) 39參考文獻(xiàn) 40英文原文 41英文翻譯 47致 謝 56附 錄 57中英文摘要摘要：電能量損失監(jiān)測儀是集電能表計量監(jiān)測，供電線路工作狀態(tài)監(jiān)測于一體的實(shí)時監(jiān)測儀表。它可以監(jiān)測到用戶供電線路上的異常狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)非法用電行為，避免事故的發(fā)生和經(jīng)濟(jì)損失。關(guān)鍵詞：電能量損失監(jiān)測；單片機(jī)；CAN總線Abstract：Electric energy loss monitor is a meter ,which could both monitor electric energy meter and work state of power supply line can detect the abnormal state of the power supply line,therefor finding illegal power using behavior,avoiding accidents and economic loss. This design proposes a plete scheme based on a prehensive application of sensing technic,electronic technic single chip microputer technic and CAN Bus technic,realizing the realtime monitoring of the abnormal state of the power supply line and electric energy meter,monitoring information displaying,warning of abnormality and uploading monitoring information to meet the requirement of monitoring center.Keywords：electric energy loss monitoring；MCU；CAN Bus第一章 概述 電的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用極大的節(jié)省了人類的體力勞動和腦力勞動，使人類的力量長上了翅膀，使人類的信息觸角不斷延伸。當(dāng)今世界人類生活已經(jīng)離不開電能，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電網(wǎng)已經(jīng)遍布城鄉(xiāng)，電能已經(jīng)成為人們生產(chǎn)生活中必不可少的重要能源。在電能計量過程中，使電能表不能正確反映用電量而出現(xiàn)錯誤電量的情況，稱為非正常計量。在我國一些地區(qū)或單位，偷漏電量競超過了總用電量的30％，其經(jīng)濟(jì)損失非常嚴(yán)重，據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，我國每年因竊電而造成的電費(fèi)損失超過50億。而引起上述問題的根本原因在于線路和設(shè)備運(yùn)行時實(shí)時數(shù)據(jù)缺乏，雖然目前一些系統(tǒng)有部分實(shí)時數(shù)據(jù)，如負(fù)荷管理的各種遙測量，但大多數(shù)管理系統(tǒng)中使用的還是非實(shí)時性數(shù)據(jù)，大多數(shù)情況下，都無法采取有效措施，及時避免設(shè)備和線路運(yùn)行問題發(fā)生，阻止非法用電現(xiàn)象，為用戶提供服務(wù)，從而直接或間接地影響了電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的實(shí)現(xiàn)。 為了采集到線路和設(shè)備運(yùn)行時的實(shí)時數(shù)據(jù)，以便于及時避免設(shè)備和線路運(yùn)行問題發(fā)生，阻止非法用電現(xiàn)象，為用戶提供服務(wù)。針對常見的一些偷電手段，設(shè)置了相應(yīng)的監(jiān)測和報警裝置，一旦發(fā)現(xiàn)了異常狀況，系統(tǒng)就會立即發(fā)出警報，工作人員從而可以迅速直觀地看到故障信息，及時排除故障，制止偷電行為，實(shí)現(xiàn)了對供電線路的工作狀態(tài)和用戶電能表計量的實(shí)時監(jiān)測。同時微處理器還可以通過RS232串行通信接口對計量電表的數(shù)據(jù)采集，兩者進(jìn)行比較，來確定是否有竊電行為發(fā)生，以及供電線路是否處于正常工作狀態(tài)，有何故障等。從任務(wù)書的設(shè)計背景、設(shè)計依據(jù)等內(nèi)容可以看出，本設(shè)計的主要目的是要對電貿(mào)易結(jié)算中的非正常計量問題提出切實(shí)可行的解決方案。要想對計量的損失做出監(jiān)測、計算和評估，首先監(jiān)測儀本身要能正確測量，將這個“監(jiān)測值”與計量電能表的“計量值”作比較，這樣才能達(dá)到監(jiān)測的目的。根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書的要求，本設(shè)計要求實(shí)現(xiàn)以下主要功能：線路電壓、電流的幅值、相位的自動采集、轉(zhuǎn)換、存儲；讀取電度表的實(shí)時計量值；比較計量結(jié)果，分析判斷出失壓、欠壓、計量電流短路、開路或分流、錯接線等故障；可當(dāng)?shù)仫@示線路電壓值、線路電流值、計量故障信息；根據(jù)監(jiān)控中心需要，定時上傳線路電壓值、線路電流值、計量故障信息；具有故障信息報警與越限報警功能；按照CAN總線協(xié)議，生成標(biāo)準(zhǔn)通信數(shù)據(jù)包。10%（50Hz）；額定功耗：≤1W；工作環(huán)境條件：溫度20℃～+55℃；濕度：＜95%；精度：1%。要對這些采集、轉(zhuǎn)換好的信息進(jìn)行存儲，則一般由電能表來完成，高新技術(shù)直接由計算機(jī)來取代電能表。比較計量結(jié)果，分析判斷出失壓、欠壓、計量電流短路、開路或分流、錯接線等故障；能夠?qū)⒈O(jiān)測儀的“監(jiān)測值”與電能表的“計量值”作出比較，并且根據(jù)比較結(jié)果判斷出各種故障，這要求監(jiān)測儀具有邏輯判斷功能。根據(jù)監(jiān)控中心需要，定時上傳線路電壓值、線路電流值、計量故障信息；此功能顯然要求監(jiān)測儀具備一定的與PC通信的功能，同時也隱含對數(shù)據(jù)存儲的要求。按照CAN總線協(xié)議，生成標(biāo)準(zhǔn)通信數(shù)據(jù)包。對各項性能指標(biāo)作如下簡單分析：額定工作電壓：AC220V177。對于必須使用的器件，如果其額定電壓不是將AC220V，要將交流220V降壓變成合適的電壓或者整流成小幅值直流電源。工作環(huán)境條件：溫度20℃～+55℃；濕度：＜95%；在選用各個器件時，要選擇工作環(huán)境溫度和濕度負(fù)荷該項要求的器件。、論證與選擇設(shè)計的主體是具有一系列附加功能的電能計量裝置，那么電能計量的設(shè)計方案自然應(yīng)該成為本設(shè)計整個方案的核心，電能計量方案決定著其它的諸如電量采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)比較、信息顯示、報警等功能