毕业设计论文智能电表的设计.docx

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毕业设计论文智能电表的设计

2013届毕业生

毕业论文

题目:

智能电表的设计

院系名称：

信息科学与工程学院

专业班级：

电子信息工程09级3班

2013年6月3日

摘要

随着科技的进步，电子产业的发展，人们生活水平的提高，电子式智能电表的出现势不可挡。

智能电表相对于传统的机械式电表，具有精度更高，能够实现多费率计费，自动抄表，预付费等功能，优势不言而喻。

相比传统电表需要电工去现场进行抄表，智能电表能够通过远程通讯进行抄表，这样就节省了大量的人力。

同时，智能电表的多费率计费，能够让用户在电能生产代价低的时候多用点。

生产代价高的时候尽量节约用电。

这样能够使发出的电能得到充分利用，有利于资源的节约。

所以智能电表取代传统电表是大势所趋。

智能电表具有数据保护功能，事件记录功能（如编程次数，失压次数等），远程抄表等一系列给基于集成电路而实现的功能。

本文就一种简单智能电表的设计做出描述，主要通过载波通讯，485通讯，GPRS通讯，等各个单元来实现电表的数据传输，数据的显示，报警，远程抄表使电表具有简单的智能。

本文通过对智能电表各个模块进行了简单设计，做出基本原理图。

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关键词：

智能电表485通信智能载波通信

Title：

Thedesignofthesmartmeter

Abstract

Withtheprogressofscienceandtechnology,thedevelopmentofelectronicindustryandtheimprovementofpeople'slivingstandard.Theemergenceofsmartmetersisinevitable.Respecttothetraditionalmechanicalmeters,Smartmetersishigherprecision,furthermore,thesmartmetershavethefunctionsuchasachievemulti-ratebilling,automaticmeterreading,prepaidfees.Thesmartmeterhavethefunctionofdataprotecting,eventloggingandautomaticmeterreadingbecauseoftheIC.Inthispaper,asimpledesignofsmartmeterswillbemadedescription.ItwillmakethedatatransferthoughGPRSand485.聞創沟燴鐺險爱氇谴净。

Keywords:

smartmeters485smartPowerLineCarrier残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。

目次

1前言

1.1智能电表的概念

所谓智能电表就是就是基于单片机，集成电路使电表具有简单的数据分许能力及其他功能。

相对于传统电表，智能电表是电子式的，通过对智能电表内部单片机进行编程，可以使智能电表按照程序去进行简单的操作，比如说，每天定时抄表，在程序中设定在每天的某个时刻，单片机读取电表数据并做记录。

再通过GPRS模块进行远距离通信，这就使电表实现了无人自动抄表功能，也就有了简单的智能。

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1.2智能电表发展概况

目前，不但是中国，世界其他国家都在致力于发展智能电表。

在各个国家的大型企业于国家电网关口基本都已经实现了电表的电子化，而这电子化的趋势正在向居民区扩散。

在世界范围内，掀起了电网改造的浪潮，而实现电表的远程抄表，节约人力是各国发展智能电表的第一步，欧盟决定大比例提高其管辖范围的的智能电表覆盖率。

而美国也决定增加其国内智能电表的数量，并大力发展智能电网。

智能电网在未来几年里将成为世界的话题，世界各国纷纷宣布将大力发展智能电网，这样就使得其他节能方法得到带动发展，如风能和太阳能。

有力在世界范围内实现资源的节约。

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在中国，在20世纪60年代就已经将眼光投向了电子式电表。

说明中国人民颇具慧眼。

在国内，智能电表也在飞速发展，我国近年来在进行智能电网的改造，那么智能电表的研究当然必不可免的进入了国家的眼中。

我们可以从资料中了解到，国家电网对于智能电表的每年招标数量在逐年递增。

国家通过建立智能电表生产基地或者收购已有的电表生产企业来达到满足其日益增加的智能电表的目的。

而国家也颁布了有关支持智能电表发展的文件，这就更加说明国家对于智能电表产业的关注。

所以说，可以预见，在将来很长的一段时间内，智能电表将是电表行业发展重点。

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1.3智能电表的结构

智能电表其实就是一台简单的微型处理器。

它主要有硬件结构和软件结构组合而成。

其中硬件主要有电源板，逻辑板，液晶显示器板构成。

其中电源板的作用就是通过电阻分压网络对电压信号进行取样，还有就是通过变压器及整流电路为逻辑板提供直流工作电源。

而逻辑板，就是为芯片内部程序的实现提供硬件条件。

它其实就是一个通道，经过取样的电流或者电压信号，通过逻辑板的电路输入计量芯片。

液晶显示板就相对而言比较简单，芯片中经过计算得到的数据，通过电信号传达出来，液晶显示电路得到电信号后，在液晶显示屏幕中将数据显示出来，实现人们的读取。

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1.4智能电表的主要特点

1、量正向和反向电能，这样人们不但能够从电网上取电用，也可以把自己发的电用不完后返卖给电网。

2、分时计量功能，因为我们现在一些地区已经实行分时收费，也就是在用电高峰期电价和用电低峰期电价是不同，分时计量能够有利于人们节约用电。

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3、时段、费率功能。

4、抄表功能，智能电表能够通过其自带GPRS模块与服务器进行通讯，从而省去了传统电表需要人员现场抄表的麻烦。

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5、报警功能，当认为的打开电表后，电表会向服务器发出警告，有利于供电局对于偷电行为的监控

6、费功能，现对于传统电表，智能电表能够实现预付费功能，能够减少频繁缴费的麻烦，使购电用电更加方便。

1.5智能电表研究的目的以及意义

现在国家正在逐步推行智能电网，而智能电网的推行必须有智能电表与其搭配，从这方面讲，智能电表的研究是必不可少的。

同时，现在全球都面临着资源短缺的尴尬局面，各国都在推出了节约资源的各种办法，其中智能电网的推广就是资源节约的一种办法。

利用智能电表进行计量的智能电网，可以根据用电的高峰或低谷进行电价的收费。

众所周知，在用电高峰时，发电所需成本是要高于用电低谷的，有了智能电表，人们就可以根据用电高低峰来决定电量的使用情况，从而为国家节约资源。

还有，传统电表需要人工去抄表，这就需要大量的人工成本，智能电表采取远程抄表，这样就节约了认购成本。

大量智能电表中还有自动报警功能，可以杜绝偷电行为的发生，从而打击不法分子。

而智能电表的预付费功能也为人们的生活带来巨大的方面。

所以智能电表的研究是很有意义的。

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2智能电表的简单设计思路

2.1智能电表的硬件设计方法

智能电表其实就是一个含有微处理器和微控制器的简单微机，既然是“智能电表”我们也可以把智能电表看作一个人。

微处理器或者控制器就是智能电表的心脏，要想构成一个完整的人，仅仅只有心脏是不行的。

作为人类必须的口耳是不能少的，这就像智能电表的通信端口，通过通信端口连接通信模块就可以实现信息的收发。

而人们将看到的东西通过眼睛显现，智能电表则需要显示装置，通过显示装置来显示微处理器处理过的数据。

人们需要储存营养，那么智能电表就需要储存数据，故而RAM和ROM也是必须的。

有些东西人体不能直接消化吸收，需要胃来消化，而对于智能电表来说，有些数据不能够被微处理器直接分析，那么就需要A/D和D/A转换器来实现数据的转变。

转变成微处理器能够理解的形式。

人们通过手来触摸感知东西，智能电表则需要传感器来传达。

人们出现了什么问题会以生病的形式表现出来，在生病之前机体就会发出报警，所以智能电表也需要一个报警装置，不过智能电表的报警装置不是来表现自身问题的，而是防止窃电行为的发生。

当有人试图打开电表盖篡改数据或者干一些其他违法勾当时，智能电表就会向中央处理器发出警告。

这样一来，智能电表才能够像人一样，实现简单的智能。

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图2-1智能电能表硬件原理图

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2.2智能电表硬件设计

2.2.1微处理器或者微控制器

众所周知，微处理器或者微控制器是任何智能器物的核心，因为任何东西想要具有最基本的智能，那么他必须去运算一些数据或者储存一些数据。

那么微处理器就是必不可少的了。

微处理器就是一台小型计算机，他能后把得到的数据按照内部设计程序的要求进行计算和处理。

根据需要实现功能的不同，微处理器的选择也不同，这样才能发挥未处理的最大功能。

本文选择的基本都是现在较为流行的芯片。

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2.2.2传感器

传感器是将外界输入的被测量信号转变成电信号的元器件或者装置。

在智能电表中其占及其重要的作用。

传感器的工作原理本文不做详解，但是我们知道，智能电表肯定是要测量电的，传感器就是将得到的信息的能量形式转变成电信号。

这主要是因为电信号相比其他信号而言更容易进行操作。

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2.2.3光耦

光耦是以光为媒介传输电信号的器件，光耦是单项传输信号的。

它的输出端与输入端是相互隔离的，而且是电气隔离，这样就避免了输出信号对输入信号的影响，使其工作更加稳定，而且其使用范围极广，能够构成各种逻辑电路，关键是它的传输效率还高。

其主要有光敏三极管和发光二极管构成。

当发光二极管电路导通时，发光二极管发光，光敏三极管感光后电阻减小也导通。

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2.2.4A/D转换器和D/A转换器

A/D转换器是将模拟信号转换成微处理器能够处理的数字信号，而A/D转换器的使用是有要求的，它必须根据输入通道的总误差来决定使用A/D转换器的类型，因为不同的A/D转化器其精度与分辨率是不同的。

选择正确的A/D转化器才能保证电表的实时性。

而D/A转换器是将离线的控制信号转换成离散的模拟信号。

这是实现智能所必须的。

同样D/A转换器芯片的选择也是很重要的。

这样在设计转换器时才能实现接口方面，电路的简单，价格低廉的要求。

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2.2.5智能电表的通信接口的选择（RS-485和RS-232）

智能电表，通信接口是必须的。

因为作为智能电表的一大功能，实现远距离通信是必须的。

在国际上现在流行的通信接口是RS-485，所以在智能电表行业，多说485通信。

 RS-485的电气特性：

逻辑“1”以两线间的电压差为+（2—6）V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（2—6）V表示。

相对于早些时候较为流行的RS-232,RS-485在接口信号所需电平降低了，这样以来能够更好地保护接口电路芯片。

且RS-485D的电平与TTL电平能够实现兼容，这样与TTL电路的连接就不是问题了。

RS-485的数据传输速率最高可达10Mbps 。

RS-485将差分接收器和平衡驱动器进行了有机有效的结合，增强了其抗干扰性。

相对于RS-232，RS-485实际可达3000米的传输距离更加具有优势。

另外RS-232接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。

而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。

即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。

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2.3智能电表的软件设计

在硬件设计完成情况下，开始设计软件流程图。

因为电表的功能主要靠软件实现。

软件来实现信号的处理计算等。

首先要确定