基于ADE7755的新型智能电表的研究与设计

报告人：蔡志威学号：2011080911基于ADE7755的新型智能电表的研究与设计报告内容1.研究背景2.系统总体设计3.模块化硬件设计4.分层软件设计5.调试与总结2１.研究背景它随着现代电子技术、智能仪表技术的不断发展，市场需求和技术的不断成熟，支持高精度、多功能、低功耗等特点的电表，被广泛用于电力测量领域。设计一种功能强大、成本低廉的智能电表不仅有利于提高居民的节电意识，解决电力资源紧缺的矛盾，而且具有很强的研究价值和实用价值，对促进节能减排与环保具有重大意义。32.总体设计4MCU+RTOS主控模块EEPROMRS485通讯模块电能采集模块LCD显示模块2.1传统电能采集原理传统的电能测量方法是利用感应电压和感应电流产生交变磁通，驱动铝盘转动计数，从而达到计量的目的。总的原理可以用公式表示：式中u(t)、i(t)、p(t)分别是瞬时电压、瞬时电流、瞬时功率值。而数字化电表的测量方法是在一定采样周期内对采样值求均方根运算。5W(t)=P(t)t0dt=uti(t)t0dt2.2离散电能采集原理从而得到电流有效值Irms,和电压有效值Vrms,表达式如下：其中，Ki和Kv分别为电流增益和电压增益，N为采样频率。根据香农采样定理，N必须大于或等于2倍的工频频率(50HZ)。6Irms=Ki1NIk∗I(k)NK=1Vrms=Kv1NVk∗V(k)NK=12.2离散电能采集原理在一定采样中期内，将瞬时采样值相乘累加，再除以采样次数，得到有功功率为：其中，Kp为有功功率增益。功率因素：E=脉冲个数/计电常数K（K=1600imP/KWH）7P=Kp(1NV(k)Nk=1∗I(K))cos∅=PS=PVrms∗Irms3.硬件设计硬件部分采用模块化设计，以高精度的电能计量芯片ADE7755为测量前端，它将电功率转化为脉冲频率，并输给CPU进行处理。同时CPU计算出有功功率，功率因素等参量显示在LCD上，同时也可以通过RS485总线实现远程抄表，以ST公司最新推出的STM32F103为控制核心，并首次移植了开源的实时操作系统μCOS-II,使得系统的实时性和稳定性得到提高！83.1电能采集电路设计电子式电能表是基于电功率测量技术、采用电子乘法器代替电磁感应设备实现功率运算的新型电能计量仪表。9脉冲输出ADE7755是美国ADI公司最新设计高精度电能计量芯片。它主用于单相电表系统，其技术指标超过了IEC1036规定的准确度要求。它只在ADC和基准电路中使用了模拟电路，其他的信号处理都由数字电路完成，这使得在恶劣的环境下仍然可以保持极高的准确度和长时间的稳定性。3.2ADE7755工作原理103.3电能采集电路图113.4主控电路设计12电路中采用了STM32F103C8T6作为主控芯片13LPH7366是NOKIA公司生产的可用于其5110、6150，6100等系列移动电话的液晶显示模块，国内厂家也生产有类似的兼容产品。该产品除应用于移动电话外，也可广泛应用于各类便携式设备。该模块内部集成了一块低功耗的CMOSLCD驱动芯片PCD8544，它可以驱动48行84列的图形显示。它的正常工作电流200μA，功耗极低。3.5LCD显示模块RS-485是一种半双工通讯协议，采用双端发送，双端接收。比RS-232通讯具有明显的优势，它有抗干扰能力强，通讯距离远，传输速率高等特点。因此在工业现场得到了广泛的应用。所以在设计中运用该总线技术，连接到集线器就可以进行远程抄表了。3.6RS485通讯模块144软件设计15软件部分采用了MDK集成开发环境，运用C语言进行程序设计，在软件构架上移植了实时操作系统uCOS-II,全部采用基于消息的任务程序块设计，使得系统的实时性大为增强。软件中最大的优势在于分层思想和模块化设计。4.1RTOS的运行原理16睡眠状态：任务只以代码的形式驻留在程序空间，还没交给操作系统管理。就绪状态：系统为任务配备了任务控制块且在任务就绪表中进行了就绪登记。运行状态：就绪状态的任务经调度器判断获得了CPU的使用权。等待状态：正在运行的任务，需要等待一段时间或需要等待一个事件发生再运行时，该任务就会把CPU的状态叫做中断服务状态。中断服务状态：一个正在运行的任务一旦响应中断申请就会中止运行而去执行中断服务程序。内核文件移植代码用户代码板级支持包BSP主程序174.2软件分层构架4.3系统调试186.总结19该数字式电表具有集成度高，计量准确，功耗低，和可靠性高等优点。首次把嵌入式实时操作系统uCOS-II移植到数字电表中，使得系统实时性大为增强；并且通过RS485通讯接口可实现以太网远程抄表。20我的演讲完毕，谢谢大家！