嵌入式智能电表及上位机系统设计

作     者：刘晓 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邓飞其

授予年度：2012年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：智能电表 MSP430 无功功率 功率因数 软件校表 

摘      要：随着经济的飞速发展，各行业对电能的需求量逐年攀升，在资源日益溃乏的今天，电力供求不平衡之间的矛盾逐渐凸显，合理使用电资源已成为社会广泛关注的课题。为了缓解电力资源不足的问题，国家出台了一系列电费计量政策，用经济杠杆宏观调控人们的用电行为，以达到科学节能的目的。多种电费计价方式的推行，促使具有综合业务能力的新型智能电表的研究与开发。 针对目前国内电表在功能、成本和应用等方面的局限，本文设计了一款基于MSP430F4794微处理器的低功耗、低成本智能电表及上位机系统。它支持复费率、阶梯费率及功率因数影响因子的电费计量方式，可实现实时时钟、定时备份数据、监控环境温湿度等功能，同时具有预估未来一段时间用电器耗能量与二氧化碳排放量的能力。结合上位机的软件实现，智能电表的备份数据能以报表、详细数据清单、数据曲线的方式呈现给用户，方便用户进一步分析与处理。整个嵌入式智能电表与上位机系统提供良好的人机界面，可实现用户个性化服务配置和软件校表功能。本文主要在下列几方面进行研究： （1）针对目前电能表的应用背景大多是“一户一表制或“多户一表制的特点，提出了“一用电器一表的应用，适应市场的需求。根据系统的功能要求，确定了系统的总体结构，将系统划分为智能电表和上位机软件两部分设计。 （2）结合国内外研究现状，分析了目前电能表的主要设计方案，确定了硬件简单、结构紧凑、性能优越的单片SOC（System On a Chip）解决方案，在此基础上，论证了以MSP430F4794为核心处理器的硬件结构的可行性。 （3）根据主控芯片的特点，给出了接口外围电路的设计方法，并详细阐述了嵌入式部分软件结构和设计流程。 （4）结合功能需求，介绍上位机软件基本功能及实现思想。 在的实际测试中，嵌入式智能电表及上位机系统的计量精度达到1.0级电能表的标准。它的硬件成本低廉，开发周期短，功能强大，用户体验良好，具有广阔的市场前景。