智能电表数据采集与故障分析系统的设计与实现

摘要

改革开放以来,随着市场经济的发展,工业用电、商业用电、生活用电的电力需求不断提高,电力供应情况日渐紧张。随着技术的发展,各种新型的电子电气设备的出现,特别是电力电子技术的发展,使各种非线性负荷出现在电网符合序列中,使电力电网的电能质量下降,大量的高次谐波影响了电网的稳定运行,成为电力系统的危害隐患。
　　在电气化、电子化、信息化的社会中,电力是所有产业的动力源泉,对整个社会和个人有着不可替代的重要意义。由于电力系统一直处于动态平衡的情况下,由于电网故障、负荷变化等,都有可能导致电流或电压变低变高,影响到各种所有电气设备的正常工作,进而导致不可预知的后果。对电网中电流、电压、功率、频率和功率因数等电力参数进行快速准确的检测,进而采取有效的处理,实现电网的稳定运行。而在电能计费角度上,也实现了精准、有效,提高了电能计费的科学性和合理性。
　　本文针对以上问题研究了智能电表数据采集与故障分析的设计与实现。该系统以电能表芯片CS5460和单片机STC89C52为核心再辅以时钟模块、显示模块、键盘控制模块、存储器模块设计了硬件电路,并进行了相应的 C语言软件设计。CS5460可以用来测量瞬时电压、瞬时电流、瞬时功率。这些测量值是以24位有符号和完整规模的无符号数据形式作为输出。单片机通过SDI和SDO与其相连,进行数据的读写,并显示到液晶屏上。本装置可以用来测量电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数等,具有运算快、可靠、易扩展的特点。
　　在此基础上,加入了主动上报式电能量数据的采集终端(下简称为采集器)采集器是针对国内各类分散的电网行业运营要求开发出的新一代电能量采集装置,能满足各类用户对数据上传主站、接入不同规约电表、自动定时上报远传数据和对电量采集要求高的需求而设计。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的主要研究内容

1.4 论文章节安排

第二章 相关理论与技术

2.1 电力参数测量技术和专用芯片CS5460工作原理

2.2 单片机技术

2.3 软件设计技术C51和Keil

2.4 SPI高速同步串行口

2.5 FTP文件传输技术

2.6 互感器技术

2.7 本章小结

第三章 系统需求分析

3.1 系统工作原理

3.2 设计功能需求分析

3.3 数据采集器的需求

3.4 本章小结

第四章 系统设计总体方案

4.1 智能电表数据处理部分

4.2 电力参数计量部分设计方案

4.3 本章小结

第五章 硬件设计与实现

5.1 前端电路调理模块

5.2 电能测量模块

5.3 键盘和液晶显示模块

5.4 电源模块

5.5 采集器模块

5.6 本章小结

第六章 软件设计与实现

6.1 总体程序流程图

6.2 电力参数测量程序及流程图

6.3 LCD显示的流程和程序

6.4 UART串行口发送与接收程序

6.5 故障诊断和异常判断

6.6 现场安装调试应用步骤

6.7 本章小结

第七章 系统调试和测试

7.1 硬件调试

7.2 测量精确度的测试

7.3 测量精确度的测试分析和处理

7.4 本章小结

第八章 总结与展望

致谢

参考文献

附录