基于V9821单片机的电量监测及控制装置的设计与研究

发布时间：2019-09-17 01:03

【摘要】：随着智能电网的推出与不断发展,高级测量体系作为智能电网的四大组成部分之一,发挥着举足轻重的作用,而电能的数据采集、处理、分析是高级测量体系的实现基础。本文设计了一个基于单片机的低成本的集电量监测与控制功能于一体的智能化装置,并对低压电网电压、电流、功率等电量的监测与控制技术进行初步研究。本文采用集成电能计量、MCU、RTC于一体的单相电能计量SoC芯片V9821实现电量监测及控制装置的具体功能,该芯片具有低功耗、封装小、计量精度高、提供多种测试数据、功能齐全的优点。本装置可实现包括电压/电流信号的采集、A/D转换、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、用电量等参数的精确计量。与常规的多功能电力仪表不同,通过本装置可对开关量和模拟量进行采集、输出控制,在线监测设备工作状态,具备负载异常保护报警功能,通过Modbus协议设置设备参数实现电量采集和工业控制。本文采用自顶向下的设计方法,根据功能需求进行总体方案设计,并针对各模块功能研究了相应技术实现手段,包括标准正弦波下的电能计量实现、谐波干扰下的电能计量实现、基于I2C的系统内部通信和基于Modbus协议的工业控制通信具体实现。另外,在电量监测及控制装置的硬件电路设计上,通过多种方案对比选择了最适合本装置的具体电路,并在此基础上进行了软件程序设计,使得电量监测及控制装置实现预期功能目标,对给定负载的电压、电流和功率测量值与额定值综合判断负载是否异常,具有负载异常保护报警功能。最后采用WB51AO01多功能网络电力仪表作为检定装置,对设计实物进行了运行测试,并分析了测试数据,结果表明本装置相对于0.5级检定装置电压有效值、电流有效值、有功功率误差小于0.5%。经过以上研究,本文实现了单芯片单相多功能监测控制装置解决方案,大大降低了装置成本,缩短开发周期,功能可灵活拓展,不仅能当作实验平台,还可以直接应用于消防系统、通风管理、照明管理、智能家居及其它需要监测和控制工业设备的相关领域。
【图文】：

框图,电量,框图,模拟信号

用于后续的计算处理，而这两种信号都为模拟信号，因此需要用到模拟信号输入逡逑电路设计。电流信号的懫集常用电流传感器和锰铜电阻分流网络方式［１９］［２Ｇ］，原理逡逑分别如图２．２和图２．３所示，Ｖ９８２１电能计量模块支持两路电流信号输入。电压逡逑信号输入常用电压互感器方式和电阻分压方式［２１］［２２］，分别如图２．４和图２．５所示，逡逑Ｖ９８２１电能计量模块支持一路电压信号输入。模拟信号采集的具体方案选择及电逡逑路实现在本文的第三章详细给出，，在软件设计时需要注意配置ＡＤＣ寄存器的模逡逑拟增益使得ＡＤＣ的量程与采集信号匹配［２３］。逡逑１０逡逑

输入方式,电流传感器,昆明理工大学,硕士学位论文

电流传感器输入方式
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP368.12;TM933.4

【参考文献】