畢業設計論文_智能電表的設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 資源節約的一種辦法。利用智能電表進行計量的智能電網，可以根據用電的高 4 峰或低谷進行電價的收費。眾所周知，在用電高峰時，發電所需成本是要高于用電低谷的，有了智能電表，人們就可以根據用電高低峰來決定電量的使用情況，從而為國家節約資源。還有，傳統電表需要人工去抄表，這就需要大量的人工成本，智能電表采取遠程抄表，這樣就節約了認購成本。大量智能電表中還有自動報警功能，可以杜絕偷電行為的發生，從而打 擊不法分子。而智能電表的預付費功能也為人們的生活帶來巨大的方面。所以智能電表的研究是很有意義的。 5 2 智能電表的簡單設計思路 智能電表的硬件設計方法 智能電表其實就是一個含有微處理器和微控制器的簡單微機，既然是“智能電表”我們也可以把智能電表看作一個人。微處理器或者控制器就是智能電表的心臟，要想構成一個完整的人，僅僅只有心臟是不行的。作為人類必須的口耳是不能少的，這就像智能電表的通信端口，通過通信端口連接通信模塊就可以實現信息的收發。而人們將看到的東西通過眼睛顯現，智能電表則需要顯示裝置，通過顯示 裝置來顯示微處理器處理過的數據。人們需要儲存營養，那么智能電表就需要儲存數據，故而 RAM 和 ROM 也是必須的。有些東西人體不能直接消化吸收，需要胃來消化，而對于智能電表來說，有些數據不能夠被微處理器直接分析，那么就需要 A/D 和 D/A 轉換器來實現數據的轉變。轉變成微處理器能夠理解的形式。人們通過手來觸摸感知東西，智能電表則需要傳感器來傳達。人們出現了什么問題會以生病的形式表現出來，在生病之前機體就會發出報警，所以智能電表也需要一個報警裝置，不過智能電表的報警裝置不是來表現自身問題的，而是防止竊電行為的發生。當有 人試圖打開電表蓋篡改數據或者干一些其他違法勾當時，智能電表就會向中央處理器發出警告。這樣一來，智能電表才能夠像人一樣，實現簡單的智能。 6 智能電表硬件設計 微處理器或者微控制器 眾所周知，微處理器或者微控制器是任何智能器物的核心，因為任何東西想要具有最基本的智能，那么他必須去運算一些數據或者儲存一些數據。那么微處理器就是必不可少的了。微處理器就是一臺小型計算機，他能后把得到的數據按照內部設計程序的要求進行計算和處理。根據需要實現功能的 不同，微處理器的選擇也不同，這樣才能發揮未處理的最大功能。本文選擇的基本都是現在較為流行的芯片。 傳感器 傳感器是將外界輸入的被測量信號轉變成電信號的元器件或者裝置。在智能電表中其占及其重要的作用。傳感器的工作原理本文不做詳解，但是我們知道，智能電表肯定是要測量電的，傳感器就是將得到的信息的能量形式轉變成電信號。這主要是因為電信號相比其他信號而言更容易進行操作。 微處理器 鍵盤 LCD/LED A/D轉換 信號調理 傳感器 被測量參量 報警裝置 ROM 或EPROM 或EEPROM SRAM 或DRAM 或NVSRAM 或FLASHMemory D/A 驅動器 模擬執行裝置 RS232（接口） 圖 21 智能電能表硬件原理圖 7 光耦 光耦是以光為媒介傳輸電信號的器件，光耦是單項傳輸信號的。它的輸出端與輸入端是相互隔離的，而且是電氣隔離，這樣就避免了 輸出信號對輸入信號的影響，使其工作更加穩定，而且其使用范圍極廣，能夠構成各種邏輯電路，關鍵是它的傳輸效率還高。其主要有光敏三極管和發光二極管構成。當發光二極管電路導通時，發光二極管發光，光敏三極管感光后電阻減小也導通。 A/D 轉換器和 D/A 轉換器 A/D 轉換器是將模擬信號轉換成微處理器能夠處理的數字信號，而 A/D 轉換器的使用是有要求的，它必須根據輸入通道的總誤差來決定使用 A/D 轉換器的類型，因為不同的 A/D 轉化器其精度與分辨率是不同的。選擇正確的 A/D 轉化器才能保證電表的實時性。而 D/A 轉換器是 將離線的控制信號轉換成離散的模擬信號。這是實現智能所必須的。同樣 D/A 轉換器芯片的選擇也是很重要的。這樣在設計轉換器時才能實現接口方面，電路的簡單，價格低廉的要求。 智能電表的通信接口的選擇（ RS485 和 RS232） 智能電表，通信接口是必須的。因為作為智能電表的一大功能，實現遠距離通信是必須的。在國際上現在流行的通信接口是 RS485，所以在智能電表行業，多說 485 通信。 RS485 的電氣特性：邏輯 “1”以兩線間的電壓差為 +（ 2—6） V表示；邏輯 “0”以兩線間的電壓差為 （ 2—6） V 表 示。相對于早些時候較為流行的 RS232,RS485 在接口信號所需電平降低了，這樣以來能夠更好地保護接口電路芯片。且 RS485D 的電平與 TTL 電平能夠實現兼容，這樣與 TTL 電路的連接就不是問題了。 RS485 的數據傳輸速率最高可達 10Mbps 。 RS485 將差分接收器和平衡驅動器進行了有機有效的結合，增強了其抗干擾性。相對于 RS232，RS485 實際可達 3000 米的傳輸距離更加具有優勢。另外 RS232 接口在總線上只允許連接 1 個收發器， 即單站能力。而 RS485 接口在總線上是允許連接多達128 個收發器。即具有多站能力 ,這樣用戶可以利用單一的 RS485 接口方便地建立起設備網絡。 8 智能電表的軟件設計 在硬件設計完成情況下，開始設計軟件流程圖。因為電表的功能主要靠軟件實現。軟件來實現信號的處理計算等。首先要確定電表是否上電，也就是電表是否被安裝。在確定已上電的情況下，進行系統的初始化，將電表出廠時自帶數據去除。然后進行系統測試，看系統是否正常工作。如果系統正常則進入下一步。這就是簡單的準備程序。然后就是電表上的按鍵，掃描電表按鍵是否被按下，確定被按下則確定是按下哪個鍵，然后調用該鍵對應子程序。 然后進行命令狀態查詢，受到命令后實行系統控制程序。這就是智能電表的基本程序框架。 9 圖 22 智能電能表的典型結構 置 A轉移 上電復位 初始化 系統測試 正常？ 提示符顯示 鍵掃描 鍵按下？ 散轉 01 鍵功能程序 N 鍵功能程序 02 鍵功能程序 鍵功能程序 準備程序 命令狀態查詢 條件控制轉移 系統控制程序 循環轉移 等待轉移 復位轉移 10 3 智能電表各個模塊的設計 通訊模塊功能描述及設計 MAX3085EESA 芯片介