基于CAN总线的电能采集分析仪代腾飞04281536.docx

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基于CAN总线的电能采集分析仪代腾飞04281536

安徽工程大学机电学院本科

毕业设计（论文）

专业：

计算机科学与技术

题目：

基于CAN总线的电能

采集分析仪

作者姓名：

代腾飞

导师及职称：

李老师

导师所在单位：

讯飞教育

2016年4月28日

基于CAN总线的电能采集分析仪

摘要

随着科技的大力发展，以科技替代人力、物力的应用在人们生活中越来越广泛，诸如现代科技的通信技术、自动化控制科学技术和现代的计算机的网络技术，因此产生了智能科技技术的发展。

在许多国家，智能建设也成为发展科技的主力军，在智能化建设中，智能电表成为各个国家智能楼宇建设、自动化发展平台的重要的一部分。

而智能电表是科技稳速发展的必然产生结果，其减少了人力物力的大量投入，因此研究智能电表是每个国家的必要科技产物。

和平常的人力抄表方式相比较，智能电表的优势主要展现在便捷、快速、准确无误，提高了在一些抄表系统中的工作效率。

本论文主要介绍以CAN总线数据远程采集系统中数据采集器硬件的设计、软件的设计以及在系统中的工作方式，包括采集方式和上传网络工作方式。

系统提供自动数据抄收、计量查询、数据分析等功能，实现了远程、集中、自动抄表，使计量数据的抄收、统计、分析在很短的时间内完成。

关键词：

远程抄表系统；数据采集；网络上传；CAN总线；PXA270；Cortex-A10

Electricenergyacquisitionandanalysis

instrumentbasedonCANbus

Abstract

Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,scienceandtechnologyalternativetotheapplicationofhumanandmaterialresourcesinpeople'slivesmoreandmorewidely,suchasmodernscienceandtechnology,communicationtechnology,automationcontrolscienceandtechnologyandthemoderncomputernetworktechnology,resultinginthedevelopmentofintelligenttechnology.Inmanycountries,intelligentbuildinghasbecomethemainforceinthedevelopmentofscienceandtechnology,intheintelligentbuilding,smartmetersbecomeanimportantpartofthesmartbuildingconstruction,automationdevelopmentplatforminvariouscountries.Thesmartmeteristheinevitableresultofthedevelopmentofscienceandtechnologysteadyspeed,whichreducestheamountofmanpowerandmaterialinputs,sothestudyofsmartmeteristhenecessarytechnologicalproductsofeachcountry.Comparedwiththeordinaryhumanmeterreadingmethod,theadvantagesofsmartmetersaremainlydisplayedintheconvenient,fastandaccurate,andimprovetheefficiencyoftheworkinsomemeterreadingsystem.

ThispapermainlyintroducesthehardwaredesignandsoftwaredesignofdataacquisitionsystembasedonCANbusdataacquisitionsystemandthewayofworkinginthesystem.Systemprovidesautomaticdatareceiveandtakedown,meteringquery,dataanalysisandotherfunctions,torealizetheremoteandcentralized,automaticmeterreading,makethemeasurementdataofreceiveandtakedown,statisticsandanalysiscompletedinaveryshortperiodoftime.

Keywords:

remotemeterreadingsystem;datacollection;networkupload;CANbus;PXA270;Cortex-A10

目录

引言-1-

第1章绪论-1-

1.1课题的研究背景和实际意义-2-

1.2相关研究现状与发展趋势-2-

1.2.1相关研究现状-2-

1.2.2发展趋势-2-

第2章智能电表硬件设计-3-

2.1智能电表的基本功能-3-

2.1.1智能电表的关键技术-4-

2.1.2智能电表的硬件总体设计-5-

2.2智能电表外围设备-5-

2.2.1微控制器模块-5-

2.2.2数据采集模块-9-

第3章系统设计方案与电路设计-9-

3.1can总线设计方案-9-

3.2电力载波电路-10-

第4章智能电表软件设计-12-

4.1CAN数据总线-12-

4.2智能电表主流程-12-

4.3初始化程序-14-

4.3.1中断配置-14-

4.3.2GPIO配置-14-

4.3.3CAN配置-15-

4.4数据发送-16-

4.5主函数-17-

第5章结果与分析-18-

5.1数据与分析-18-

5.2系统在运行过程中遇到的故障和问题-20-

结论与展望-21-

致谢-22-

参考文献-23-

附录-24-

附录A引用的外籍文献及译文-24-

引言

在现实的生活中，只用一块智能电表来代替多个用户的手抄普通电表的查表方式越来越被人使用，诸如在一些工厂、一些高等学校等那种用户比较多大的地方，这种智能电表的方式，其优势是很明显的，比如减少人力和物力的管理成本。

虽然优势很突出，但是在现在网络发达的世界里，通信方式有很多种，智能电表系统的通信问题一直很不稳定，这是个难以解决的问题。

所以在本课题中，利用CAN总线通信的方式来设计新的智能电表系统来解决通信不稳定、实时性不准确的缺点。

而且本系统还可以实时记录用户用电的数据问题，还有用户可以提前知道自己剩余电量的问题。

第1章绪论

1.1课题的研究背景和实际意义

在最近几年内，由于各个国家的科技的稳步发展，一些干扰性的，能产生大量谐波的电网也越来越多，这很大程度影响了智能电网的运行情况，比如，电弧机、感应加热炉、变频调速装置等一些非对称性和冲击性的用电设备，这些干扰性比较大的装置非常影响电网电能的质量。

但是，由于用于智能设备的以微处理器为核心的智能电子设备和一些极高对精密度要求高的仪器对各种电磁干扰比较敏感。

这就需要电网电能质量的提升，来避免这些问题的出现。

为了对一些部门的合法利益、用户的权益和保证电网的正常并且安全的运行，改善电力环境，这就需要国家加强电力系统质量的监测和一些有效的管理。

1.2相关研究现状与发展趋势

目前智能电表对于城市用户已经开始使用，但是对于农村和乡下用户还没有完全投入使用。

1.2.1相关研究现状

我国在一些科学技术发展上还落后于其他国家，尤其在电能研究上还处于开始阶段，一些检验电能系统设计和一些装置相对于国外还比较落后，很多技术还得借鉴国外。

目前现状，我国对电能发展和对电能质量检测上还处于一个定期和不定期的检测阶段，如果要做到电能质量检测的技术上的发展，其中的一个手段是在线监测方式。

高质量电能的检测必要条件是实时监测，如果从本质上解决电能质量，其必要的条件是保证电网电能的实时监测，实时监测才能提高供电和用电效率，把用电环境具体改善。

在国内的一些检测电能质量的系统中，占主导地位的有线通讯系统，比如一些数据处理模式的通讯和一些数据采集通讯。

远距离通讯传输在现实应用中应用非常广泛，比如：

光钎、公网、有线电缆和电力载波设施等，对于有线通讯方式，其可以理解为在数据传输过程中，采用有线媒介比如有线电缆。

但是在诸如有线电缆的安装和使用中，其他对于有线电缆的影响因素是一些电力管理和设计人员不愿意见到的，因此在一些有线网络的缺点无法弥补情况下，无线网络的优势可以很好的来解决有线网络的不可以解决的地方。

无线网络安装灵活的特点，可以在国内市场中有很好的应用价值。

本系统在研究电能质量的前提下，提出了一种可以解决一些有线电缆在智能检测无法弥补的设计方案---基于CAN总线技术的电能采集分析仪。

其方案为在获得电能过程中，将一些扰动电能质量的检测节点、和电能信号可以实时的利用无线网络的路由节点实时的传输。

再通过设计的路由节点来把获得的数据传输到上位机也就是本文所说的远程的监控中心，从而可以实时的、准确无误的来传输数据到监控中心，并且为电力的维护和检修和电力的远程管理提供很好的参考数据。

1.2.2发展趋势

随着智能电网的日益发展，世界各国对智能电表的需求也同益增大，据统计，智能电能表自出台以来就备受关注，尤其近年来被发达国家所广泛使用。

根据美国政府的刻苦钻研决定将在升级本国电网的预算中，专门抽取一部分用于使13％的美国家庭安装智能电表，并在三年内实现智能电表的初步普及。

因为已经率先完成先进计量基础设施的部署，欧洲、意大利及瑞典计划将所有普通电表更换为智能电表，实现智能电表的全面普及。

而在未来十年内，德国、西班牙、法国和英国计划完成智能电表的全面推广及应用。

。

第2章智能电表与其硬件设计

2.1智能电表的概念

智能电表被称为智能电网的智能终端，因此从称号上看它就已经不是人们普遍使用的手抄电表了，这能智能电表出了可以具有手抄电表的记录用户使用的数据外，智能电表还有一些其他手抄电表无法拥有的功能，这种智能电表能够很好的诠释现代社会对于新能源应用和智能电网的合理使用，并且这种智能电表具有手抄电表没有的功能，比如：

双向数据传输的功能、别的用户防窃电量的功能、可以支持用户端控制的功能等等。

所以，从智能电表的优势功能来看，智能电表代表着以后社会发展的用户所使用的电表的最终选择，而且还代表着智能化终端的发展趋势。

凡事均有利弊，智能电表和传统电表也不例外。

既然代表着两个不同的抄表方式，其优缺点也是很明显的，下面是智能电表与传统电表的比较列表。

表2．1智能电