能源在线监测系统中电力信息采集器的设计与实现

发布时间：2017-07-05 17:27

  本文关键词：能源在线监测系统中电力信息采集器的设计与实现

  更多相关文章： 数据采集 低压电力载波 GPRS通信 EMC电磁兼容性

【摘要】：能源计量作为节能计划的基石,已成为当今世界的热门研究对象。为了方便对重点耗能单位实施能源计量数据的在线监测与管理,本文以“江西省能源计量数据在线采集监测平台”为基础,针对传统设备通信稳定性差、抗干扰能力弱的问题,设计了一套能够实现电能数据快速、准确、实时采集与传输的智能化电力信息采集设备。本文主要研究了电力信息采集器的硬件和软件实现,重点介绍了电力信息参数的采集与远程传输方法。为了满足系统对通信性能的需求,选用了具有5串口的32位STM32F103ZET6增强型芯片作为系统的核心处理器,通过设计最小系统电路、通信电路、人机交互电路、电源电路、存储电路完成了整个硬件平台的搭建。为了适应不同环境的需求,系统采用了RS-485、电力载波、GPRS三种通信方式。通过对电力信道的分析,利用Matlab进行信道建模,提出了利用过零检测实现信息的最佳分时段发送以及中继转发等提高通信质量的措施。考虑到三相四线电压转换的稳定性对于系统的重大影响,本文针对电源电路的EMC电磁兼容性展开了详细的设计。系统的软件设计通过对多任务的管理调度来实现,主要设计了数据自动采集与存储、通信协议解析与封装、通信信道的建立、指令控制、人机交互等流程模块,软件设计过程中采用数据加密、数据校验、看门狗定时器来提高信息传输的安全性和系统的稳定性。本文所设计的电力信息采集器已通过实验室的测试,并在江西省计量测试研究院和江中药业股份有限公司现场试运行。实际应用与测试结果表明,系统能够很好地实现对智能电表日冻结数据、月冻结数据、重点用户数据、曲线数据、异常告警数据的采集和传输,能够实时接收管理中心的控制指令并执行相应的操作,通信准确率和成功率也达到了系统预期的目标。
【关键词】：数据采集 低压电力载波 GPRS通信 EMC电磁兼容性
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP274
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景及意义10
• 1.2 电力信息采集技术方法比较与现状分析10-14
• 1.2.1 电力信息采集技术方法概述10-11
• 1.2.2 国内外自动采集技术现状分析11-14
• 1.3 本文研究内容与章节安排14-16
• 2 采集器整体方案设计与需求分析16-26
• 2.1 系统结构及工作原理16-17
• 2.2 采集器功能需求分析17-19
• 2.3 采集器整体方案设计19-22
• 2.3.1 硬件整体方案设计19-20
• 2.3.2 软件整体方案设计20-22
• 2.4 载波通信信道建模及仿真22-25
• 2.5 本章小结25-26
• 3 采集器硬件设计与实现26-42
• 3.1 硬件总体结构设计26
• 3.2 控制器选型设计26-28
• 3.3 上行GPRS通信电路设计28-30
• 3.3.1 GPRS模块外围电路的设计28-30
• 3.3.2 SIM卡接口电路的设计30
• 3.4 下行载波通信电路设计30-34
• 3.4.1 载波通信电路组成及工作原理30-31
• 3.4.2 载波芯片接口电路31-32
• 3.4.3 输出功率放大电路32
• 3.4.4 耦合和接收滤波电路32-33
• 3.4.5 过零检测电路33-34
• 3.5 下行RS-485通讯电路设计34-35
• 3.6 电源电路设计35-39
• 3.6.1 主电源电路设计35-38
• 3.6.2 备用电源电路设计38-39
• 3.7 存储电路设计39
• 3.8 人机交互电路设计39-40
• 3.9 本章小结40-42
• 4 采集器软件设计与实现42-58
• 4.1 通信主程序设计42-43
• 4.2 本地通信任务43-47
• 4.2.1 多任务状态采集程序设计43-45
• 4.2.2.抄表子程序设计45-47
• 4.3 远程通信任务47-49
• 4.3.1 GPRS模块初始化47
• 4.3.2 GPRS通信任务的实现47-49
• 4.4 通信协议49-52
• 4.4.1 下行通信协议解析49-51
• 4.4.2 上行通信协议解析51-52
• 4.5 人机交互任务的实现52-55
• 4.5.1 液晶驱动程序设计52-53
• 4.5.2 多级菜单显示任务53-55
• 4.6 FLASH存储任务的实现55-57
• 4.7 本章小结57-58
• 5 系统测试58-62
• 5.1 测试环境58-59
• 5.2 系统通信测试59
• 5.3 系统功能测试59-61
• 5.4 本章小结61-62
• 6 结论与展望62-64
• 6.1 总结62
• 6.2 展望62-64
• 致谢64-66
• 参考文献66-70
• 附录A 电路实物图70-72
• 附录B 八级菜单操作界面72-74
• 附录C 八级菜单操作界面74

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本文编号：522947