毕业设计基于STS协议的智能电能表设计.docx

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1、题目：基于STS协议的智能电能表设计学院:专业:学号:学生姓名:指导教师:日期:为有效地解决上门抄表和收费难问题，并提高抄表效率，防止错抄。本设计采用“客户先购电，后用电的电力营销模式，增强了电能表管理由手工抄表向自动化管理过渡的过程平安保障度，并且用户的购电信息实行微机管理，方便进行查询、统计、收费及打印票据等。采用国际通用转换STS标准，既促进国内电能计量系统的变革，又符合国际预付费电能表行业的开展潮流，解决了目前预付费电能表售电系统标准不统一的弊端。在实现电能准确计量的根底上，又能进行预付费，且本钱低廉。因此，本设计的STS单相一-体式预付费键盘表具有广阔的市场应用前景。STS单相一体式

2、预付费键盘表是一种新型的全电子式电能表，它以MSP430F4793为核心，系统主要由测量单元、数据处理单元等组成，具有电能计量、信息储存及处理、实时监测、自动控制以及带有完备的通信接口，支持双向计量、自动采集、冻结、控制、监测等功能。阐述了系统的误差校正、电能计量等设计，探讨了系统软件的的抗干扰设计。该电表能计量当前总有功、当前余额、瞬时电压、瞬时电流、瞬时功率，并且有STS预付费、液晶显示、事件记录、光电通讯、声光报警、继电器控制等功能。实际运行说明，预付费单相电能表读写稳定、抗干扰能力强、数据传递可靠、管理实时便捷，计量与管理功能满足国际国内有关标准的要求。关键词：STS；预付费电能表；键

3、盘表；MSP430-4793AbstractToeffective1yso1vemeterreading,e1ectricityfeeretrieving,andimprovemeterreadingefficiencyandavoidthewrongcopy.Thesing1ephaseprepaidenergymeterwhichbasedonSTSadoptsthepowermarketmode1ofBuyfirst,Use1ater.Thismode1enhancethesecurity1eve1formetermanagementfrommanua1toautomatedmeterr

4、eading,andimp1ementthecomputertomanagetheuser,sinformation,inordertofaci1itatequery,statistics,feesandprintingpaperandsoon.Theintermationa1standardsSTSpromotionthedomesticenergymeteringsystemchangesbuta1someettheinternationa1prepaidenergymeterindustrytrends,andso1vethecurrentenergymeterprepaidvendin

5、gsystemstandardsarenotuniform.Inachi-achievingaccuratemeasurementofe1ectrica1energy,basedonaccuraterea1-timescreeningbuta1soavarietyofstea1ingbehavior,and1owcost.Thus,STSsing1e-phaseprepaidkeyboardtab1ehasabroadmarketprospect.Sing1e-phaseprepaidkeyboardtab1ewhichbasedonSTSisanewfu11ye1ectronicpowerm

6、eter,andittakesMSP430-4973asthecore,thesystemmain1ybythemeasuremntunit,thedataprocessingunitandothercomponents,withpowermeasurement,informationstorageandprocessing,rea1-timemonitoring,automaticcontro1andcommunicationinterfacewiththecomp1etesupportoftwo-waymetering,automaticco11ection,freezing,contro

7、1,monitoringandotherfunctions.Describesthesystemerrorcorrection,energymetering,suchasdesign,systemsoftwareoftheanti-jammingdesign.Thetab1ecanmeasureComu1ativeEnergy,Ba1anceCredit,Vo1tagerms,Currentrms,Current1yPowerConsumed,andownSTSpre-paid,1CDdisp1ay,eventrecording,optica1communication,a1armandre1

8、aycontro1functions.Practica1operationshowsthatthesing1e-phaseprepaidenergymeterreadandwritestabi1ity,anti-interferenceabi1ity,re1iab1edatatransmission,management,andconvenientrea1-time,measurementandmanagementcapabi1itiestomeetthere1evantinternationa1anddomesticstandards.Keywords：STS;Prepaymentmeter

9、;Keyboardtab1es;MSP430-4793绪论11 STS预付费电能表的整体设计系统概述31.1 系统设计的根本要求31.2 外观及显示设计的根本要求31.2.1 液晶显示屏内容及要求31.2.2 预付费键盘式电能表外形图说明31.2.3 预付费键盘式电能表的整体外观设计与安装要求41.2预付费键盘式电能表整体功能52 STS预付费键盘式电能表系统构成与工作原理72.1 概述系统的构成72.2 系统的总体设计72.3 电能表的工作原理82.4 电能表的功能设计93 STS预付费键盘式电能表的硬件设计113.1 信号调理与采集单元H3.1.1 前端输入信号调理单元113.1.2 信号

10、采集单元1332信息管理单元151.1.1 电能表的嵌入式信息处理芯片151.1.2 信息管理单元硬件电路151.1.3 显示及检测报警单元173.3 电源管理单元183.3.1 电源类型的选择193.3.2 系统电源的工作原理及硬件电路图203.4 硬件电路设计中的抗干扰措施213.4.1 电路抗干扰设计223.4.2 PCB板抗干扰设计224单相电子式预付费电能表的软件设计244.1 单片机的开发工具244.2 单片机资源分配244.2.1 RoM空间的分配254.2.2 RAM空间的分配254.3 主程序设计264.4 误差校正264.4.1 误差来源264.4.2 误差校正的工作原理2

11、74.4.3 误差软件调整的实现294.5 电能计量及预付费程序设计304.6 软件设计中的抗干扰措施315通信协议概述335.1 IEC62056-41通信规约335.2 IEC62056-21通信规约345.3 通信接口硬件设计355.4 通信接口软件设计356单相电子式预付费电能表的测试与工程实现376.1 功能测试376.1.1 采集模块调试376.2 性能测试386.2.1 准确度要求试验386.2.2 气候影响试验386.2.3 电气要求试验386.2.4 电磁兼容试验396.3 工程实现39结束语40参考文献41致谢43附录A短码表44附录B软件流程图46附录C硬件抗干扰设计实验

12、50附录D事件测试状态及显示51附录E硬件电路图52绪论随着国民经济的不断开展,电力已经成为国家的最重要能源。就民用电力来说,由于人民物质生活的极大丰富,生活质量迅速提高,对电力的需求也越来越大。近年来，随着中美等国家智能电网概念的提出和建设，与之配套的智能电表再次成为业界关注的重点。加之全球气候变暖、能源资源的减少，社会对环境保护的要求越来越高，合理的利用能源成为解决问题的关键。先于STS开发之前，已经开发出了各种各样的不开放的预付费电能表和售电设备，它们彼此之间是无法相互兼容的。它促使那些同时安装了各种各样的预付费电能表和售电设备的主要用户产生了明确的需要，去推动标准化的方案去处理运行中的

13、问题。一个标准传输标准被开发出来，它允许在一个预付费系统安装的不同制造商的预付费表和售电设备互通互用。STS进一步标准了实用化的设备和编码，目前已有400万只STS预付费表在28个国家的近400家电力公司现场使用。STS已经稳定使用了10年，是事实上的国家和国际层面的工业标准。居民可以使用充值卡或网上充值两种方式缴纳电费，方便快捷。智能电表可采集的数据包括用户户主的信息，还可对用户用电状态的检测。根据不同的电价信号便可进行负荷控制，而无需用户不停地参与用电调整。同时，它还可以限定来自电力公司和局部的控制的动作权限。人们可以很直观地了解电价，把事情安排在电价低时段用电，电表还可以帮助人们优先使用

14、风能和太阳能登清洁能源。当前,全国电力供需矛盾突出,加强电力需求管理,控制不合理用电也是节约。实现电力需求管理和综合电力资管理,是电力供给开展的方向。智能电表的使用越来越广泛，对我们的生活也产生了越来越多的有利影响。同时也在潜移默化的改变着我们的生活。美国2001年最早提出智能电网概念，2003年正式启动智能电网研究与建设。2023年4月美国能源部宣布，政府将投资34亿美元用于资助智能电网技术开发，同时，政府的投资还将刺激美国民间配套投资47亿美元，使得总投资到达81亿美元。我国也于2023年正式提出了智能电网这一概念。国家电网主导了我国智能电网前期规划、组织标准制定以及前期试点工作。世纪证券

15、认为，2023年在“国网标准”推动下，我国智能电网建设进入实质性阶段。中国电网的目标就是要建设坚强智能、坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。中国政府方案未来三年全国范围内，安装2.4亿块智能电表。这意味着在2023年到2023年之间的三年内，中国每年新安装的智能电表将高到达8000万块。从长远来说，考虑到中国13亿人，中国安装智能电表的总量应该是5亿块，中国将成为全球最大智能电表消费市场。美洲、亚太地区、欧洲、中东和非洲，智能电表行业国际开展趋势，全球智能电表市场将迎来新开展。所有智能电表都必须具有统一通信方式和模块化通讯接口（RS485,P1C低压电力载波，GPRS和CDMA无线网络）并全部采用D1/T645通讯规约而用ESAM芯片进行加密和解密认证操作。美国、加拿大、欧洲、澳洲I、南非等地市场容量。南非国家电力公司（ESKOM）首先在1993年开发并发布了STS,并在1998年将管理和进一步开发的所有权转交给了STS协会。STS首先应用于无费率的基于购电量令牌的预付费表，但也适用于以基于购现金额度的令牌系统。先于STS开发之前，已经开发出了各种各样的不开放的预付费电能表和售电设备，它们彼此之间是无法相互兼容的。它促使那些同时安装了各种各样的预付费电能表和售电设备的主要用户产生了明确的需要，去