載波通信三相電表設(shè)計和實現(xiàn) 電氣工程專業(yè)

1、 MACROBUTTON MTEditEquationSection2 Equation Chapter 1 Section 1 SEQ MTEqn r h * MERGEFORMAT SEQ MTSec r 1 h * MERGEFORMAT SEQ MTChap r 1 h * MERGEFORMAT 基于載波通信的三相智能電表的設(shè)計摘要智能電表作為電能數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)設(shè)備，在智能電網(wǎng)的建設(shè)中起著非常關(guān)鍵的作用。智能電表要求具備原始電能數(shù)據(jù)采集、測量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，對智能電表提出了新的要求。由于越來越多的非線性負(fù)荷接入電網(wǎng)，導(dǎo)致電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波污染，不僅浪費電能還給電力部

2、門帶來一定的經(jīng)濟損失。因此，具有諧波檢側(cè)功能的智能電表應(yīng)運而生：隨著國家節(jié)能減排的號召，為了提高居民節(jié)約用電意識，分時復(fù)費電價被提出已在部分地區(qū)實施應(yīng)用，這要求電表具有分時計費功能。同時為提高用戶用電的便捷，電力公司和用戶間的雙向通信也受到更多的關(guān)注。課題基于徽處理器 STM32 強大的數(shù)據(jù)處理能力，配合電能采集電路及主控制器 STM32 外圍電路，實現(xiàn)智能電表的電能計量功能、分時電價功能、雙向通信功能與諧波檢測功能。課題研究了 FFT 對諧波分析中的作用，將插值加窗的 FFT算法用于諧波分析，減小了頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)帶來的誤差影響。課題主要完成了智能電表硬件與軟件程序的設(shè)計，硬件電路主要設(shè)計

3、了電壓、電流采集電路、 ADC 采樣電路、 RS-485 通信電路等。通過利用MATLAB 仿真軟件，用加窗插值的 FFT 算法對諧波信號進行了仿真分析，并驗證該算法對諧波分析的準(zhǔn)確性。最后搭建實驗平臺對智能電表進行了調(diào)試。關(guān)鍵詞：智能電表；載波通信；STM32；諧波分析； abstractAs the basic equipment of electric energy data collection, smart meter plays a very key role in the construction of smart grid. Smart meters are required

4、to have the functions of collecting, measuring and transmitting raw power data. With the development of smart grid, new requirements are put forward for smart meters. As more and more nonlinear loads are connected to the power grid, harmonic pollution is generated in the power grid, which not only w

5、astes electric energy but also brings certain economic losses to the power sector. Therefore, smart meters with harmonic detection function have emerged at the historic moment: with the call of national energy conservation and emission reduction, in order to improve residents awareness of saving ele

6、ctricity, time-of-use electricity price has been proposed to be applied in some areas, which requires the meters to have time-of-use charging function. At the same time, in order to improve the convenience of users, two-way communication between power companies and users has also received more atten

7、tion. The subject is based on the powerful data processing capability of the smart meter STM32, which is combined with the power acquisition circuit and the peripheral circuit of the main controller STM32 to realize the power metering function, time-of-use electricity price function, two-way communi

8、cation function and harmonic detection function of the smart meter. In this paper, the effect of FFT on harmonic analysis is studied, and the interpolation and windowing FFT algorithm is applied to harmonic analysis to reduce the influence of spectrum leakage and error caused by fence effect. The su

9、bject mainly completed the design of hardware and software program of smart meter. The hardware circuit mainly designed voltage and current acquisition circuit, ADC sampling circuit, RS-485 communication circuit, etc. By using MATLAB simulation software, the harmonic signal is simulated and analyzed

10、 by FFT algorithm with windowed interpolation, and the accuracy of harmonic analysis by this algorithm is verified. Finally, an experimental platform was built to debug the smart meter.Key words：Smart meters; Carrier communication；STM32；harmonic analysis；FFT第一章、緒論1.1引言最近幾年我國經(jīng)濟態(tài)勢呈現(xiàn)出相對快速發(fā)展的趨勢，工業(yè)信息化的興起

11、，正在為21世紀(jì)注入新的生機與活力。在此過程中引起了各個領(lǐng)域的相關(guān)人員足夠的重視，電能的切實有效利用成為當(dāng)今發(fā)展的重中之重，傳統(tǒng)形式的能源已經(jīng)不能滿足各行各業(yè)進一步發(fā)展的需要，尤其是在環(huán)境污染方面需要相對節(jié)能環(huán)保的能源出現(xiàn)。電能在工業(yè)領(lǐng)域的有效應(yīng)用，在一定程度上可以促使社會朝著和諧穩(wěn)態(tài)層次進行長足性發(fā)展，不僅能將相應(yīng)的污染有效降到最低，而且能夠無限滿足物質(zhì)文明發(fā)展的需要。電動機本身就可以稱之為一種相對較為綠色的能源形式，在之前的應(yīng)用過程當(dāng)中，一直很受青睞。在相應(yīng)的科學(xué)技術(shù)穩(wěn)步提升的背景下，企業(yè)呈現(xiàn)出逐步規(guī)模集成與網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化以及更加智能自動化，尤其對智能電網(wǎng)的開發(fā)，在一定程度上較相應(yīng)的傳統(tǒng)電力行

12、業(yè)更加切實有效。不僅在操作便捷方面，而且在使用安全性方面都得到切實可靠的應(yīng)用，隨著相關(guān)智能電網(wǎng)技術(shù)不斷完善，使人類的日常生活變的更為便捷，而且具有一定的節(jié)能環(huán)保性功效。智能電表的出現(xiàn)，可以說占據(jù)著智能電網(wǎng)當(dāng)中重中之重的地位。憑借著傳統(tǒng)形式電表的基礎(chǔ)技術(shù)不斷更新與完善融入一系列智能化因素從而形成所謂的智能電表，其所具有的特性可以歸結(jié)為在一定程度上更加穩(wěn)定可靠操作方面更為精準(zhǔn)，可以說他是明確用戶以及電力部門實際利益的化身，傳統(tǒng)形式的電表主要集中于電磁式在與之相比之下，可以有效降低人工抄表的工作量，除此之外也可以有效避免電表老化所產(chǎn)生的抄表誤差，精度方面更加準(zhǔn)確，前穩(wěn)定可靠。新型智能性的電表，有效開

13、發(fā)以后，不僅在用電計量功能上具有傳統(tǒng)形式的保留，還集成了一系列電力信息存儲功能，比如一系列多種形式的費用核算、客戶端自定義控制以及相互之間的雙向通信等層面。新型的智能電表可以說是智能電網(wǎng)的終極形式的智能終端，在電能切實有效利用方面承載的重中之重的方向。智能電網(wǎng)的研究趨勢在不斷朝著前沿性以及智能性發(fā)展，在此過程中就需要相應(yīng)電表具有一定的相對較為精準(zhǔn)穩(wěn)定可靠的計量方式。電力電子的相關(guān)發(fā)展呈現(xiàn)出逐步日趨完善的趨勢，在非線性負(fù)荷方面在電網(wǎng)當(dāng)中也是比比皆是，在此過程中諧波電流以及電壓的形式也是呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢，在這一系列發(fā)展需要的過程當(dāng)中，便會造成一定的諧波污染。不僅在一定程度上帶來相應(yīng)的電能無形浪

14、費直接導(dǎo)致相關(guān)電力部門的經(jīng)濟效益蒙受折損。在這樣的前提背景之下，必須有效研制出一種具有諧波檢測功效的智能電表產(chǎn)出，國家日益加強在節(jié)能減排方面的聲明，在此過程中還出臺了一系列電費梯度征收的政策，其目的在于有效提升我國居民節(jié)約避免浪費的意識，為了切實響應(yīng)國家的相關(guān)號召，襄陽智能電表的開發(fā)必須具備一定的分時、分層計費功效。除此之外，也要為相關(guān)用戶提供出一定的操作便捷性，也就是在一定程度上實現(xiàn)相關(guān)用戶以及電力部門進行雙向通信。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀 針對于智能型電表開發(fā)的過程當(dāng)中，國外一些發(fā)達國家起步相對較早，而且在當(dāng)前的形勢之下，已經(jīng)呈現(xiàn)出高、精、尖等形式集成化的特點。不僅在硬件

15、方面有所創(chuàng)新，而且更加關(guān)注各方面性能的穩(wěn)步提升。發(fā)展到目前為止其相應(yīng)的研究重點集中于智能化應(yīng)用的相關(guān)方面，在新型智能電表的一系列基礎(chǔ)性研究過程當(dāng)中引入更多的先進較為科學(xué)的技術(shù)，利用智能電表來配合其他設(shè)備完成特定的功能。針對于通信應(yīng)用方面，國外西方發(fā)達國家所采用的形式要屬無線傳輸相對較為常見，在此過程中有效引入無線傳輸功能與相關(guān)電力部門建立起一定的通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)實時有效通訊。所涉及到的網(wǎng)絡(luò)類型，具體可以歸結(jié)于：網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)以及固定無線形式，或者將二者混合搭配使用，除此之外，可以說還有一些潛在資源有待開發(fā)，譬如WiFi形式的應(yīng)用以及與相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)能夠搭建平臺的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)。在一定程度上，不僅能夠滿足上端網(wǎng)絡(luò)進

16、行切實有效的通信，而且還能滿足人類日常生活的各種行為所需。在此過程中可以有效憑借Zigbee以及相應(yīng)的無線技術(shù)，將相應(yīng)的新型智能電表進行家庭局域網(wǎng)集成化改革，在一定程度上，將一系列的家用電器，譬如電視、空調(diào)、洗衣機等與相應(yīng)的新型智能電表進行切實有效的交互。在此過程中，不僅能夠有效監(jiān)測各個電器單獨的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，而且還能夠監(jiān)測相互之間的協(xié)作運行狀態(tài)。除此之外新型的智能電表不僅僅局限于用戶端的使用，還可以有效應(yīng)用到電網(wǎng)相關(guān)設(shè)備當(dāng)中。用于監(jiān)測電氣設(shè)備的工作狀態(tài)。國外的電力公司，尤其是在變壓器以及中壓饋線當(dāng)中引入相應(yīng)的智能電表，在此過程中即可將實時數(shù)據(jù)采集以及監(jiān)測功能發(fā)揮的淋漓盡致，并有效反饋到相應(yīng)的控制

17、系統(tǒng)當(dāng)中?？梢詫⑾鄳?yīng)的故障監(jiān)測以及運行狀態(tài)實時呈現(xiàn)到相關(guān)操作人員眼中。雖然國外一些發(fā)達國家在這方面的研究相對較早，但是也呈現(xiàn)出一系列不夠規(guī)范以及適應(yīng)性不強等各方面的不足，相應(yīng)的各項指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)也還未成文統(tǒng)一。在自檢失真方面以及數(shù)據(jù)丟失層面都比比皆是，很難切實有效避免，除此之外，在諧波功率以及相應(yīng)的電能有效求解方面仍處于相對探索以及完善的階段，要想實現(xiàn)高度專門化的有效利用，還需要進行不斷的摸索與開發(fā)。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)針對于新型智能電表方面的研究與國外西方發(fā)達國家相比起步相對較晚，還處于開發(fā)探索的初級階段，主要集中于學(xué)習(xí)以及有效消化西方所開發(fā)出的技術(shù)經(jīng)驗，在自主研發(fā)方面還呈現(xiàn)出相對薄弱的態(tài)勢

18、，但是在一系列工程應(yīng)用領(lǐng)域，已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用。與西方發(fā)達國家所注重的層次，還存在相對較為明顯的差異，我國在這方面的研究當(dāng)中主要集中于硬件以及相應(yīng)的功能實現(xiàn)層面。當(dāng)前形勢下，我國所研制出的新型智能電表在一定程度上，基于相應(yīng)的結(jié)構(gòu)可以歸結(jié)為以下幾類：其一就是機電一體化形式的，再有就是全電子形式的。所謂的前者就是在傳統(tǒng)機械式電表的基礎(chǔ)上，進行相應(yīng)的完善以及改造工作得以實現(xiàn)的，不僅能夠保留傳統(tǒng)機械表計數(shù)同步相關(guān)層面的功能，除此之外還有相應(yīng)的電脈沖產(chǎn)出，其相應(yīng)的計量精度在一定程度上能夠滿足我國當(dāng)前形勢下的計量標(biāo)準(zhǔn)，較傳統(tǒng)機械形式的電表相比，精度在一定程度上得到有效改善。不僅在一些傳統(tǒng)機械式電表改造過

19、程當(dāng)中得到切實有效的應(yīng)用，而且在成本制造方面也有效降低，并且便于相關(guān)工人的操作與安裝。而后者全電子形式的，融入更多的是相關(guān)電力電子層面的技術(shù)，其內(nèi)部的核心要數(shù)一系列的集成電路以及相應(yīng)的電子元器件，在封裝方面可以實現(xiàn)更為精小的體積，在精度層面可以說是進行了大幅度的改善，除此之外，更為突出的就是在功耗方面，自身功耗相對較少。與傳統(tǒng)機械表相比，無論在制造工藝上，還是各方面性能穩(wěn)定穩(wěn)定可靠上，都呈現(xiàn)出相當(dāng)大的優(yōu)勢，相信在未來的一段時間內(nèi)即將成為電力應(yīng)用市場的主流產(chǎn)品。在此過程中，國內(nèi)針對于智能新型電表方面的研究也在切實有效的完善，人類對物質(zhì)文化發(fā)展的需求有效提升，在此過程中，對相關(guān)電力部門提出更高層次

20、的要求，具體可以歸結(jié)為精度逐步提升功能趨向于多元化、智能化、相應(yīng)的操作狀態(tài)更加穩(wěn)定可靠，在一定程度上為智能化發(fā)展奠定一定的應(yīng)用基礎(chǔ)，要想得到一定的全面性市場化應(yīng)用，還有一段很長的路要走。1.3研究的意義與目的智能電網(wǎng)的開發(fā)已經(jīng)成為衡量國際綜合實力的重要因素之一，迫切需要其進行逐步完善與成熟，在此過程中，相應(yīng)的智能終端也就是所謂的新型智能電表承載著重中之重的地位，在未來的發(fā)展過程當(dāng)中，新型的智能化電表定將替代傳統(tǒng)形式的機械表。為了使各個方面的操作以及交互更為便捷，就要求新型智能電表進行有效銜接，進行用戶以及相關(guān)建立部門之間進行各方面的實時有效通訊，只有這樣才能使相應(yīng)的智能電表設(shè)計更為人性化，不斷

21、滿足各種形式的需求。這就需要引入一定的集成電路以及性能相對較高的微處理芯片到新型智能電表的開發(fā)過程中，最低層次的要求是進行相應(yīng)的計量核算功能，為了響應(yīng)國家相應(yīng)的節(jié)能減排號召，還需要具備一定的分時、分層全面自動化計量功能。在一定程度上可以對相關(guān)用戶帶來相應(yīng)的體驗便捷舒適性，除此之外還需具備一定的數(shù)據(jù)處理以及分析能力，與此同時好對電網(wǎng)中所產(chǎn)出的一系列諧波電流一電壓進行切實有效的監(jiān)測，無論是在電網(wǎng)環(huán)境維護層面，還是相關(guān)電力部門切實效益方面都能在一定程度上帶來相對較為促進的功效。1.4課題的主要研究內(nèi)容本文針對于載波通信的形式進行相應(yīng)的三相智能電表開發(fā)設(shè)計，結(jié)合相關(guān)電力層面的基本理論以及相關(guān)文獻，設(shè)計

22、電表可達到測量三相電壓、電流、無功以及有功功率、功率因數(shù)，分時計量三相正反向有功電能，并具有計量、顯示、通訊功能。同時能進行數(shù)據(jù)的測量、能量的計算、諧波電流以及電壓相關(guān)實時檢測以及各方面的實際應(yīng)用進行切實有效的分析，在此過程當(dāng)中針對于相應(yīng)的硬件電路、軟件編程以及相關(guān)算法，展開了一系列的研究。1.5論文的章節(jié)安排第一章 主要針對于新型智能電表當(dāng)前形勢下國內(nèi)外所呈現(xiàn)出的研究狀況進行了相應(yīng)的總結(jié)歸納以及切實有效的分析，定確定出本文所展開研究的框架。第二章 基于相應(yīng)智能型式電表的實現(xiàn)功能，進行了相應(yīng)的硬件方案設(shè)計與完善，具體涵蓋了主控芯片的選取，電流、電壓相關(guān)數(shù)據(jù)采集計量芯片的選擇、MCU與存儲模塊的

23、設(shè)計，以及主要電路的設(shè)計等。第三章 基于相應(yīng)智能型式電表所要實現(xiàn)的相關(guān)功能，進行了軟件部分的設(shè)計開發(fā)，在此過程中進行模塊化設(shè)計。第四章 針對于電能計量、諧波電流以及電壓檢測方面進行總結(jié)歸納與分析，針對于諧波分析算法以及所能夠造成的一系列危害進行了詳細(xì)的介紹與分析，并通過仿真后選擇了傅立葉變換分析法，除此之外，針對于插值加窗的算法對諧波進行了切實有效的分析，還進行了一系列的仿真進行加以驗證。第五章 總結(jié)與展望。再根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計指標(biāo)完成有效設(shè)計之后，回顧了之前所面臨的問題以及解決辦法并對此做出有效的總結(jié)，針對于本文所設(shè)計出的新型智能電表當(dāng)中的不足進行了相應(yīng)的展望。 第2章.智能三相電能表硬件方案設(shè)

24、計該硬件系統(tǒng)的的相關(guān)設(shè)計工作具體可以歸結(jié)為：電源、數(shù)據(jù)采集計數(shù)、信息儲存、通訊、信息顯示以及相應(yīng)的時鐘模塊。(1)在電量計量方面引入芯片進行有效計數(shù)，在其內(nèi)部將與位進行切實有效結(jié)合從而實現(xiàn)電量計量過程當(dāng)中的相關(guān)采集與計算工作，并將其所需要的一系列參數(shù)有效呈現(xiàn)出來。本身在數(shù)字信號處理方面就表現(xiàn)出相對優(yōu)良的效果，還具備一定的算法集成能力，無形之中就為相應(yīng)的降低了一定的工作量。(2)模塊所采取的主控芯片為旗下內(nèi)核的產(chǎn)品，該種類型的主控芯片性價比相對較高。不僅能夠進行實時快速響應(yīng)，而且中斷周期相對較為固定，功能相對較為齊全，價格低廉美麗。(3)憑借主控芯片基于協(xié)議將相應(yīng)的校表數(shù)據(jù)傳送到芯片內(nèi)部，與計量

25、有關(guān)的相應(yīng)參數(shù)同樣基于協(xié)議反饋到外部主控芯片當(dāng)中，與此同時可以同步進行相應(yīng)的信息記錄與存儲到內(nèi)部，依據(jù)通信模塊實現(xiàn)上位機之間的數(shù)據(jù)交換，隨后將其顯示在后臺并對其加切實有效以分析。2.1電能表硬件系統(tǒng)框圖引入進行電量的有效計量，以及主控芯片選取旗下內(nèi)核為的產(chǎn)品，如圖2-1所示呈現(xiàn)出整體硬件框圖。Ac-lineLCD面板電壓采樣LCD控制，驅(qū)動STM32F103RET6電流采樣計量芯片ATT7022C載波光電隔離485EEPROMAC-DCFLASH負(fù)載電源管理電池圖2-1 整體硬件框圖在智能電表硬件系統(tǒng)搭建過程當(dāng)中，占據(jù)重中之重地位的可以歸結(jié)為信號采集計算、數(shù)據(jù)處理以及相應(yīng)的通訊模塊的設(shè)計。這些

26、模塊的優(yōu)良程度直接影響相應(yīng)市場份額的保有量，可以將偷電漏電、人工查表計費等現(xiàn)象在一定程度上有效杜絕，一方面可以給人們帶來一定的便捷，還可以為相應(yīng)的電力部門帶來良好的效益。下位機的芯片選用 公司的高性能的芯片，其擁有位控制器的內(nèi)核，整體封裝緊湊價格低廉，大小為，最高頻率為，片內(nèi)有個接口，個外部中斷，4個16為定時器，兩個口。引入進行電量的有效計量，本身在數(shù)字信號處理方面就表現(xiàn)出相對優(yōu)良的效果，還具備一定的算法集成能力，無形之中就為相應(yīng)的降低了一定的工作量。還搭載了一定的載波通訊功能，在一定程度上可以使用戶實時監(jiān)測用電狀況，節(jié)省人工抄表核算的工作量，除此之外還能有效避免偷電以及漏電的現(xiàn)象產(chǎn)出。2.

27、2 硬件電路部分相關(guān)設(shè)計本節(jié)主要集中于相關(guān)硬件電路的相關(guān)設(shè)計工作，具體可以歸結(jié)為：電源、數(shù)據(jù)采集計數(shù)、信息儲存、通訊、信息顯示、相應(yīng)的時鐘以及載波通訊模塊。在滿足相應(yīng)功能的前提之下，盡可能的將抗擾動性能有效提升以及功耗方面有效降低。2.2.1數(shù)據(jù)采集計數(shù)模塊電量計量的主要工作可以歸咎于芯片進行完成，可以說它是該模塊的重中之重的地位，該產(chǎn)品具備個引腳以及形式，其本身還集成了了，內(nèi)部的六路分別可以實現(xiàn)相應(yīng)電壓以及電路的采樣工作，另外一路可進行相應(yīng)防偷電的某種參數(shù)進行采樣，具有一定的操作便捷性，還存在電壓監(jiān)測電路能夠確保掉電下維持常態(tài)運行，除此之外還具備一個口進行切實有效的通訊，相應(yīng)的外圍電路歸結(jié)為

28、以下：電源、通訊、脈沖輸出等。（1） 電源電路設(shè)計進行電源電路設(shè)計當(dāng)中需要在一定程度上確保保有一定的電磁兼容性。三相電源供電的原理圖如圖2-2所示：圖2-2 三相電源對att7022c供電（2）關(guān)于脈沖輸出電路設(shè)計該功效是為校表來服務(wù)的，代表有功脈沖輸出，代表無功脈沖輸出。基于進行相應(yīng)的控制寄存器配置，即可有效選取基波表模式，其中代表基波有功脈沖輸出，代表相應(yīng)的無功輸出，其生成地能脈沖輸出信號的過程框圖如圖所示： 電能脈沖輸出信號過程框圖（3） SPI通訊接口電路與主控芯片之間存在條不同的連接線，內(nèi)部的口占據(jù)了相應(yīng)的條，其余兩條分別是復(fù)位以及相應(yīng)的握手信號線。即使內(nèi)部關(guān)于的讀寫方面具備相對較為

29、完善的自檢方式，但還需保有一定的抵抗擾動的能力，在滿足設(shè)計需求的條件下要盡可能的使連線跨度小，引地底線包裹的方式進行傳輸降擾工作。確保將高頻干擾有效壓縮，引入一個的電阻去串接到信號線當(dāng)中，除此之外還需在輸入端引入一個去耦形式的電容，在一定程度上可以將其理解為低通濾波器，在此過程中可將去耦電容適當(dāng)放大，確保其抵御干擾的功效較為優(yōu)良。當(dāng)中串入的電阻以及并入的電容要盡可能的與離得近一些,串入的電阻以及并入的電容要盡可能的與主控芯片離得近一些。當(dāng)執(zhí)行上電以及遭到干擾復(fù)位時，一定要通過主控芯片有效憑借口進行相應(yīng)校表數(shù)據(jù)相關(guān)更新工作，從而在一定程度上保證計量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，信號的功效在于通知主控芯片進行有

30、效的握手，在此過程中也要對進行實時監(jiān)測。確保其執(zhí)行上電以及復(fù)位操作后能與主控芯片在一定程度上實現(xiàn)同步形式的讀寫，在進行復(fù)位的時候一定要確保信號高于低電平，才能實現(xiàn)有效復(fù)位操作，在此過程當(dāng)中呈現(xiàn)出高電平緊接著主控芯片將信號進行相應(yīng)的拉高，大約持續(xù)以后，即可宣告初始化工作完成，便呈現(xiàn)出低電平，隨后即可進行相應(yīng)的讀寫，分別引入一個的電容到端口以及的輸入端即可切實有效使干擾程度下降，通訊電路如圖2-3所示。圖2-3 SPI通訊電路2.2.2 及相應(yīng)的數(shù)據(jù)儲存模塊選用 公司的高性能的芯片，其擁有位控制器的內(nèi)核，整體封裝緊湊價格低廉，多任務(wù)處理機制是新型智能電表設(shè)計的重中之重，眾多的數(shù)據(jù)信息均可儲存在內(nèi)部

31、，基本可以實現(xiàn)上幾個單向以及雙向結(jié)算形式的總電能甚至是各種關(guān)于電能的相關(guān)費率。（1）MCU模塊主控芯片本身就是形式的，相應(yīng)的各種數(shù)據(jù)路徑也呈現(xiàn)出位形式，在此過程中包括相應(yīng)的寄存器以及存儲接口。其內(nèi)部具備指令以及數(shù)據(jù)總線而且呈現(xiàn)出相對獨立的狀態(tài)，進行相關(guān)數(shù)據(jù)訪問的過程當(dāng)中便不會對指令的狀態(tài)所局限，性能運轉(zhuǎn)方面得到有效提升。這樣一來系統(tǒng)總線便可無干擾地進行外設(shè)以及相應(yīng)內(nèi)存的訪問，其中涉及到、片上以及片外的、系統(tǒng)部門存儲單元以及相應(yīng)的片外擴展。相應(yīng)的指令總線實現(xiàn)代碼儲存區(qū)域的訪問，即以及總線，第一項的功用在于取指。第二項的功用在于完成相關(guān)查表工作，可以基于最優(yōu)的運行速率完成相應(yīng)的優(yōu)化工作。其運轉(zhuǎn)的電

32、壓大約為，其內(nèi)部具有一定的調(diào)壓能力，即可實現(xiàn)的調(diào)節(jié)。此外其內(nèi)部的電壓調(diào)節(jié)器的運作形式可以歸結(jié)為以下幾種方式：(1)運轉(zhuǎn)模式：為主控芯片以及相應(yīng)的外設(shè)保持持續(xù)進行有效供電。(2)停止模式：也就是所謂的低功耗運行，在此也提供的電源，但是僅供進行保存數(shù)據(jù)的需要。(3)待機模式：該模式下供電終止，各項數(shù)據(jù)全面清空，除了一系列的備份區(qū)域。主控芯片內(nèi)部存在上電以及掉電復(fù)位電路，只有相應(yīng)的電壓實現(xiàn)以后才能維持其運作，當(dāng)在一定程度上比相應(yīng)的限位電壓相對較低時，即為呈現(xiàn)出復(fù)位狀態(tài)，而根本不用任何形式的外部復(fù)位電路。高速形式的外部時鐘信號的產(chǎn)生可以歸結(jié)為外部諧振器以及用戶外部時鐘。為了將相應(yīng)的失真狀態(tài)以及啟動穩(wěn)定

33、時間壓到最低，這就要求諧振器以及負(fù)載電容器與振蕩器之間的距離不斷減小。相應(yīng)的外部時鐘頻率可以實現(xiàn)，必須確保其與建立起有效連接，除此之外還要確保呈現(xiàn)出懸空狀態(tài)。還存在控制器兩個，無論是內(nèi)部雙向存儲之間還是與外設(shè)之間都可以實現(xiàn)相對較為高速的傳輸，在此過程當(dāng)中幾乎不用執(zhí)行干預(yù)，僅僅憑借數(shù)據(jù)即可實現(xiàn)快速移動，無形之中就對的相關(guān)資源進行了有效節(jié)約，其中存在個通道，然而僅僅存在個通道，負(fù)責(zé)外部請求的專門化管控，除此之外還存在一個仲裁器進行相應(yīng)優(yōu)先權(quán)的協(xié)調(diào)工作。內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的分辨率大約是位，存在通道個，能夠?qū)崿F(xiàn)個外部以及個內(nèi)部信源的相關(guān)測量，每個通道的轉(zhuǎn)換功能均可實現(xiàn)單次、連續(xù)、掃描或間斷進行，轉(zhuǎn)化結(jié)

34、果不僅能夠?qū)崿F(xiàn)左對齊的形式還可以實現(xiàn)右對齊形式進行位寄存器中存儲，其模擬看門狗的功效在于允許程序檢測當(dāng)中電壓相應(yīng)的輸入是否高于事先用戶所規(guī)定的高低閥值值。需要在條件下工作。相應(yīng)的轉(zhuǎn)換時間為：時鐘呈現(xiàn)出基本是；時鐘呈現(xiàn)出基本是。存在位形式的數(shù)字輸入，電壓輸出的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，可以進行位以及位形式的布置，除此之外還能夠與控制器進行聯(lián)合使用。在位模式下運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)化結(jié)果不僅能夠?qū)崿F(xiàn)左對齊的形式還可以實現(xiàn)右對齊形式。還存在個輸出通道，相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器獨立存在，而且能夠在雙模式下運轉(zhuǎn)，除此之外保持個通道同步更新輸出，既可以同步完成，也能夠分別單獨完成?？梢詰{借管腳完成參考電壓的錄入從而確保相對較高質(zhì)量的結(jié)果。

35、如圖2-4所示，呈現(xiàn)出硬件接口電路。圖2-4 STM32F103RET6硬件接口電路（2）實時時鐘RTC其可以稱之為相對較為獨立的定時器，其內(nèi)部具備一組相對較為連續(xù)的計數(shù)器，只要完成良好的軟件配置便可有效顯示相應(yīng)的時鐘，僅需簡單變更其初值即可實現(xiàn)當(dāng)前形勢下的系統(tǒng)時間的設(shè)定。本系統(tǒng)采取的是芯片，其具有低電流功耗，其內(nèi)部還配備了且相對較為穩(wěn)定的數(shù)字形式的溫度補償晶體振蕩器以及相應(yīng)的分頻器，并且能夠執(zhí)行的總線形式的高速模式；除此之外還搭載了一定的定時報警功效，可進行天、日期、小時、分鐘形式的設(shè)定；還存在固定周期形式的定時中斷，以及相應(yīng)的時間更新中斷，還搭載了閏年調(diào)節(jié)功效。其接口電壓相對較為寬泛：。時

36、間保持電壓也相對較為寬泛：。處于交流下進行供電時，可以進行相應(yīng)的軟件配置確保其進行標(biāo)準(zhǔn)時速出，其具體形式的功效在于：基于光耦隔離實現(xiàn)相應(yīng)的外部校時；再有就是直接傳送到當(dāng)中的一路通道，憑借進行相應(yīng)秒脈沖周期切實有效的檢測，進而完成內(nèi)部的時鐘振蕩頻率的相關(guān)校準(zhǔn)工作。當(dāng)依靠電池進行提供能量時，基于軟件配置即可完成秒脈沖輸出的關(guān)斷從而降低能量消耗。如圖2-5所示，呈現(xiàn)出電路。圖2-5 RTC電路圖（a）電池對RTC供電（b）RTC電池電壓（3）串行外設(shè)接口以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)儲存所謂的串行外設(shè)接口允許芯片與外設(shè)進行一定的通訊，具體方式可以歸結(jié)為：同步、半全雙工等形式，在一定程度上其可進行相應(yīng)主模式配備，還能

37、在一定程度上提供通訊時鐘。協(xié)議需要憑借個引腳才能與其他部件進行切實有效的通訊：(1)：主輸入從輸出引腳。也就是所謂的主接收，從發(fā)送。(2)：主輸出從輸入引腳。與第一項相反主發(fā)送，從接收。(3)：所謂的串口時鐘。代表主輸出，從輸入。(4)：主從片選。在一定程度上可有效避免相關(guān)數(shù)據(jù)在線上呈現(xiàn)沖突的現(xiàn)象。選取位串行，功耗相對較低的，位字節(jié)形式的單元大約有個，引腳的功效在于生成相應(yīng)的內(nèi)部時鐘；引腳的功效在于全局?jǐn)?shù)據(jù)的收發(fā)；代表相應(yīng)器件的地址輸入一旦懸空即為，在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)項級聯(lián)，倘若針對于進行了相應(yīng)的寫保護限制以后只允許進行讀操作，若引腳與構(gòu)成總線尋址的形式，在這種狀態(tài)下即可實現(xiàn)懸空操作，也可以

38、實現(xiàn)與相連的操作，倘若相應(yīng)的寫保護引腳與構(gòu)成連接或者呈現(xiàn)懸空狀態(tài)，即可開放相應(yīng)器件完成讀、寫操作。如圖2-6所示，呈現(xiàn)出與的連接電路：圖2-6 AT24C02B與RX8025T接口電路非易失性鐵電存儲器選取，其本身具備一定的高速串行，呈現(xiàn)出引腳高度集成封裝，值得注意的是與存在一定的差異，在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的總線速率進行相應(yīng)的寫操作，在功耗方面也相對較低，相應(yīng)的讀寫次數(shù)基本不受任何限制，工作狀態(tài)下僅需相當(dāng)?shù)偷碾娏骷纯汕袑嵱行У倪\行，電壓范圍相對較寬即。如圖2-7所示，呈現(xiàn)出相應(yīng)的接口電路。圖2-7 數(shù)據(jù)存儲接口電路（a）FRAM接口電路（b）FLASH接口電路2.2.3顯示模塊本文所開發(fā)的

39、新型智能電表顯示模塊具體選用液晶屏實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示工作，其底色呈現(xiàn)出白色，字體黑色顯示，相應(yīng)的背光就是所謂的照明形式，用戶對其進行相關(guān)操作的時候，即可呈現(xiàn)出背光的形式，便于觀察其內(nèi)部顯示的各項信息。所謂的對比度可以說是液晶屏相關(guān)參數(shù)當(dāng)中的重中之重，在一定程度上隨著對比度的上升，相應(yīng)呈現(xiàn)出的色彩層次更加分明。在顯示層次上可以將其進行模塊化，具體應(yīng)用插件的形式進行銜接。所選取的內(nèi)部驅(qū)動芯片為，最大顯示段可達，在本文當(dāng)中利用兩塊相同的芯片，并對其進行相應(yīng)的對比控制，僅需對引腳的電平形式加以控制即可完成相應(yīng)的對比度調(diào)節(jié)變換。該芯片不論是用干電池進行供電還是交流形式進行相應(yīng)的供電，均能有效保持在低能耗

40、的狀態(tài)下進行類似于休眠的狀態(tài)，在以及之間能夠呈現(xiàn)出大約的壓差，在一定程度上能夠保持對比度幾乎不變。在電路設(shè)計方面也相對較為簡便并且較為穩(wěn)定，如圖2-8所示，呈現(xiàn)出顯示電路接口原理圖。2.2.4 通信以及外置型電力線載波通信模塊本文所開發(fā)的智能電表本身具備個接口，其中接口與相應(yīng)的外置載波通信模塊進行有效通訊，實現(xiàn)相關(guān)抄表工作。（1） 通信通信接口不僅具備一定的高效性，而且還能夠滿足一定的可靠性，除此之外還能進行多點形式的通訊，相應(yīng)的電路設(shè)計涉及到個接口，在此過程當(dāng)中一定要進行相應(yīng)的電氣隔離，除此之外還要具備一定的失效保護電路，從而將相應(yīng)的干擾壓到最低，其實確保高效穩(wěn)定。其相應(yīng)的通信速率可以達到：

41、。如圖2-9所示，呈現(xiàn)出相應(yīng)的電路。 RS485通信接口電路（2）外置型電力線載波通信模塊所謂的外置型電力線載波通信模塊在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)即插即用，這個模塊在我國有專門的電力部門進行一系列標(biāo)準(zhǔn)化制造，因此呈現(xiàn)出良好的互換性，而且適用范圍相對較廣。其低壓接口憑借雙建立起相應(yīng)的聯(lián)系，本文所開發(fā)的智能電表對應(yīng)的弱電接口則是雙插座，故能夠滿足連接關(guān)系。引腳代表該模塊的模擬電源，相應(yīng)的電壓為極限瞬時電流可達。引腳代表該模塊的數(shù)字形式的電源，相應(yīng)的電壓為極限瞬時電流可達，其與呈現(xiàn)出共同接地的形式。的功效在于信息發(fā)送，為的電平。代表著各種形式的事件狀況輸出，一旦有時鐘故障產(chǎn)生，便會立即呈現(xiàn)出高電平，意味著

42、提醒執(zhí)行相應(yīng)的異常查詢，結(jié)束以后，恢復(fù)到低電平。表征著電能表基表輸入信號，一旦其得到相應(yīng)的高電平就標(biāo)志著需要進行載波通信，在此過程中通訊波特率相對較為局限幾乎保持不變。除此之外還具備一定的失效保護電路，確保其在任何狀況下都有效避免自身性能以及相關(guān)計量失真。智能電表的側(cè)載波耦合接口應(yīng)用的是雙插座進行相應(yīng)的有效連接。通信協(xié)議目前智能電表均采用DL/T 645- -2007 通信規(guī)約的約定格式進行通信,DL/T 645對智能電表使用中需要的數(shù)據(jù)進行了非常詳盡的規(guī)定，也對通信數(shù)據(jù)校驗方式進行了規(guī)定，字節(jié)采用偶校驗，數(shù)據(jù)幀采用累加和(CS)檢驗的方式，這2個校驗方式共同實現(xiàn)錯誤檢測。其具體的通訊協(xié)議具體

43、可以歸結(jié)為主從半雙工的形式。相應(yīng)的主站涵蓋了手持單元以及一系列其他形式的數(shù)據(jù)，智能形式的電表承載著從站的地位。各個從站之間都具備相應(yīng)的地址編碼，依靠主站進行相應(yīng)的幀發(fā)送實現(xiàn)各種聯(lián)系的有效把控。其中的幀涵蓋了：起始符、地址碼、控制字、數(shù)據(jù)域以及相應(yīng)的長度、幀內(nèi)容、相應(yīng)的校驗碼以及截止符等。 通常情況下采取“偶校驗聯(lián)合校驗”的形式，抵御干擾能力相對不足。然而引入紅外等短程通信即可將可靠性穩(wěn)步提升，起始校驗在一定程度上基本能夠確保數(shù)據(jù)進行準(zhǔn)確傳輸;倘若進行較遠距離通訊,所產(chǎn)出的干擾相對較強，是否準(zhǔn)確還需進一步校驗。譬如，可以用循環(huán)冗余校驗進行替代。在一定程度上可有效避免錯誤現(xiàn)象發(fā)生。2.3本章小結(jié)本

44、章將所設(shè)計的智能電表各個功能進行模塊化設(shè)計，進行一各個模塊的硬件搭建以及功能層面的分析，具體涵蓋了電源、數(shù)據(jù)采集計數(shù)、信息儲存、通訊、信息顯示、相應(yīng)的時鐘以及載波通訊模塊等相關(guān)硬件電路的搭建。第三章.三相智能電表軟件部分設(shè)計 前面已經(jīng)針對于硬件電路進行了切實有效且全面的設(shè)計，其主控芯片是該部分執(zhí)行控制的重中之重，在接下來的軟件部分設(shè)計幾乎都是服務(wù)于主控芯片運作的。具體運作流程是進行相應(yīng)的電流以及電壓信號進行采樣，在憑借轉(zhuǎn)化成能夠進行有效運算的數(shù)字信號，緊接著在當(dāng)中進行相應(yīng)的處理，即可得到滿足相關(guān)指標(biāo)需求的各項參數(shù)，憑借這些完成相應(yīng)的電量消耗情況的一系列求解，除此之外針對于相應(yīng)的諧波信號需要完成

45、同步切實有效的諧波分析，第一步就是對其進行線性插值處理，緊接著完成加窗處理，其次在進行變換，便能呈現(xiàn)出與電網(wǎng)的各項幅值與相位一致的參數(shù)并將其進行有效存儲，在此過程當(dāng)中憑借串口進行有效通訊，基于分段時間函數(shù)來確定分時分層計費，并在顯示屏當(dāng)中進行實時數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。3.1總體軟件設(shè)計流程 在進行相關(guān)軟件部分設(shè)計的過程當(dāng)中，也融入了一系列模塊化構(gòu)想，在此過程中有利于清晰可讀，在一定程度上具有相對較強的移植性，在效率方面也能有所提升，智能電表相關(guān)功能得以實現(xiàn)是憑借各個功能塊的子程序進行聯(lián)合。具體涵蓋了計量、諧波分析、儲存以及通訊子程序等。1.首先需要做的就是一系列初始化問題。整體形式的初始化在一定程度上可以

46、歸結(jié)為是相應(yīng)的寄存器以及相應(yīng)的子模塊進行有效配置，除此之外還要涉及定時器以及相應(yīng)時鐘的初始化配置。2.系統(tǒng)程序?qū)σ幌盗械淖映绦蜻M行有效調(diào)用，從而實現(xiàn)智能電表各個方面的功能。3.在運行過程當(dāng)中務(wù)必要保證相對較為合理的先后順序，進而使其在一定程度上進行穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)。圖3-1 主程序框圖一旦其進行有效上電，就需要完成一系列的初始化。換一句話說就是各項參數(shù)有效配置，具體可以歸結(jié)為相應(yīng)的晶振承載著主體時鐘的地位，針對于任意的都附有不同類型的含義。完成相應(yīng)的初始化以后，便要對所采集到的相關(guān)信號實行諧波分析，除此之外針對于相應(yīng)的諧波信號需要完成同步切實有效的諧波分析，第一步就是對其進行線性插值處理，緊接著完成加

47、窗處理，其次在進行變換，便能呈現(xiàn)出與電網(wǎng)的各項幅值與相位一致的參數(shù)并將其進行有效存儲，在此過程當(dāng)中憑借串口進行有效通訊，基于分段時間函數(shù)來確定分時分層計費，并在顯示屏當(dāng)中進行實時數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。 針對于分時分層計費要根據(jù)相關(guān)文件要求具體確定，在此過程當(dāng)中，各個地區(qū)呈現(xiàn)出一定的分時差異，絕大多數(shù)都是以個時段進行整天劃分，其中每個部分占據(jù)著小時，具體劃分為：高峰期、一般性時期、低谷時期等。在程序編寫的過程當(dāng)中進行簡化，故在實際操作當(dāng)中將其按兩部分進行計算，也就是所謂的高峰期以及低谷時期，即分別為與。在進行針對化編程當(dāng)中，有效憑借狀態(tài)標(biāo)志位進行時段變更做出相應(yīng)的判別，在低谷時期運行的時候即，一旦呈現(xiàn)出從到

48、的跳變，相應(yīng)的計量模式便會跳轉(zhuǎn)到高峰期所規(guī)定的運算方式進行相應(yīng)的計費，并完成之前各項數(shù)據(jù)的存儲以及顯示到液晶屏當(dāng)中。3.2模塊程序設(shè)計3.2.1 耗電量計量以及諧波分析程序框圖 電能計量流程圖如圖3-2圖示：圖3-2 各項參數(shù)信息的刷新頻率周期大約為左右，與此同時還伴隨著相應(yīng)標(biāo)志位的設(shè)定，隨后主程序即可對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行切實有效的處理，在完成一個更新周期以后需要進行標(biāo)志位的重置工作，否則便會陷入所謂的空循環(huán)的形式。 一旦主程序能有成功接受到相應(yīng)的標(biāo)志位，其就能夠轉(zhuǎn)入的諧波分析運行，在此過程當(dāng)中完成更新的各項參數(shù)便會轉(zhuǎn)移到具有連續(xù)性質(zhì)的數(shù)組當(dāng)中，以便于事后進行諧波分析隨時調(diào)用，除此之外系統(tǒng)還會對其

49、數(shù)組內(nèi)的各項信息進行一定的判別，也就是是否達到滿存的狀態(tài)，這關(guān)乎到能都有效進行相應(yīng)的諧波分析。一旦諧波分析條件的已達成的時候，相應(yīng)的子程序便可得以運行。首先需要做的就是針對于連續(xù)周期的個數(shù)據(jù)在一定程度上完成線性插值，便可以產(chǎn)出的冪指數(shù)形式的相關(guān)信號。其次就需要進行相應(yīng)的加漢寧窗處理，處理完成以后調(diào)用函數(shù)實現(xiàn)相應(yīng)的諧波分析。分析完成以后，將其在相應(yīng)的存儲器當(dāng)中進行保存，除此之外，各項參數(shù)數(shù)據(jù)還要轉(zhuǎn)移到緩存器當(dāng)中，這樣就能對串口發(fā)送帶來一定的便利。當(dāng)所得到的判別結(jié)果不足以進行諧波分析時，程序便會跳出來執(zhí)行后續(xù)的安排。在此過程中將相應(yīng)的瞬時電流以及電壓完成相應(yīng)的轉(zhuǎn)化，除此之外還需依據(jù)瞬時值進行功率因

50、數(shù)以及耗電累積情況的求解。 3.2.2 存儲模塊程序 如圖3-3所示，存儲模塊與相應(yīng)的之間憑借總線完成有效通信，相應(yīng)的存儲電路功效在于各項用電數(shù)據(jù)的有效存儲，具體涵蓋了分時以及諧波參數(shù)的存儲等。在此過程當(dāng)中，總線的有效配備可以說的存儲設(shè)計的重中之重環(huán)節(jié)。主控芯片需要憑借完成數(shù)字信號的轉(zhuǎn)化還需夾雜這一系列處理加工工序，還需要將其快速轉(zhuǎn)移到當(dāng)中進行有效存儲，除此之外還要確保傳輸?shù)倪^程能夠準(zhǔn)確無誤地進行，這個前提就是芯片本身具備快速應(yīng)答處理的能力。在地址分配方面在一定程度上要保證相對合理，對的判別能力來講是強有力的考驗，緊接著憑借總線進行對號入座到相應(yīng)的地址單元，即可便于實現(xiàn)相應(yīng)參數(shù)的讀取工作。圖3

51、-3 存儲單元流程圖 3.2.3通信模塊程序 本文所開發(fā)的智能電表具備一定的信息收發(fā)功能。所具備的創(chuàng)新性之一就是能夠在一定程度上實現(xiàn)雙向通訊，在此過程當(dāng)中，這種形式的電表始終是各界人士所青睞的研究熱點之一。通信布局具體可以歸結(jié)為電表接口電路以及相應(yīng)的采樣單元，下行采樣單元可以有效憑借進行各項智能電表信息參數(shù)進行切實有效的采集，在此過程當(dāng)中，具體涵蓋了：電流、電壓、諧波參數(shù)以及有無功功率等。與此同時其還能接收來自電力部門的所發(fā)布的各項通知，保障與用戶之間進行切實有效的信息流溝通。圖3-4 串口通信發(fā)送流程圖如圖3-4所示，呈現(xiàn)出串口通信發(fā)送形式，帶系統(tǒng)完全跳入到中斷以后，即可進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送，

52、首先將待發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到內(nèi)部，其次執(zhí)行相應(yīng)標(biāo)志位清空操作，將總體中斷進行開啟，然后退出發(fā)送中斷程序。需要注意的是，針對于發(fā)送完畢狀態(tài)要進行相應(yīng)的判別，倘若已經(jīng)完畢，便可以將相應(yīng)的中斷標(biāo)志位清空操作，否則，完成地址指針加操作。3.3本章小結(jié)本章基于智能電表預(yù)期的功能指標(biāo)完成了相應(yīng)的軟件部分的設(shè)計工作，采取模塊化思想著手實施。首先進行主程序的設(shè)計，其次完成各個功能模塊的相關(guān)子程序設(shè)計，最終完成了相應(yīng)功能的程序編寫工作，在一定程度上具備相對較強的移植性。第四章.電能計與諧波分析理論基礎(chǔ)本文所設(shè)計的智能電表一方面要確保相關(guān)電能消耗準(zhǔn)確無誤的計算存儲，除此之外還要服務(wù)于電網(wǎng)當(dāng)中的各項參數(shù)的實時監(jiān)控，具體涵蓋

53、了電流以及電壓的有效值、有功以及無功功率、頻率參數(shù)以及相應(yīng)的諧波參數(shù)等。本章針對于這些一系列的參數(shù)進行切實有效的推導(dǎo)。4.1 關(guān)于電能的計量所謂的有功功率可以歸結(jié)為某個周期下負(fù)載消耗或者電網(wǎng)呈現(xiàn)出的相應(yīng)瞬態(tài)功率，對此進行積分操作在求解其結(jié)果的均值。瞬時功率表達式如下所示： MACROBUTTON MTEditEquationSection2 Equation Section (Next) SEQ MTEqn r h * MERGEFORMAT SEQ MTSec h * MERGEFORMAT MACROBUTTON MTEditEquationSection2 Equation Sectio

54、n (Next) SEQ MTEqn r h * MERGEFORMAT SEQ MTSec h * MERGEFORMAT MACROBUTTON MTEditEquationSection2 Equation Section (Next) SEQ MTEqn r h * MERGEFORMAT SEQ MTSec h * MERGEFORMAT MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTSec c * Arabic * MERGEFORMAT 4- SEQ MTEqn c * Arabic

55、* MERGEFORMAT 1) MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTSec c * Arabic * MERGEFORMAT 4- SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT 2)在上式（4-1）當(dāng)中，代表相應(yīng)電壓的有效值。在上式（4-2）當(dāng)中，代表相應(yīng)電流的有效值。即可得到相應(yīng)的瞬態(tài)結(jié)果： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTSec c * Arabic

56、* MERGEFORMAT 4- SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT 3)則所謂的有功功率即可歸結(jié)為： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTSec c * Arabic * MERGEFORMAT 4- SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT 4)相應(yīng)的無功功率用來表示，其推導(dǎo)過程如下： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ M

57、TSec c * Arabic * MERGEFORMAT 4- SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT 5) MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTSec c * Arabic * MERGEFORMAT 4- SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT 6) MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTSec c * Arabic *

58、MERGEFORMAT 4- SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT 7) MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTSec c * Arabic * MERGEFORMAT 4- SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT 8)上式當(dāng)中的代表相位位移，在一定程度上可以理解為無功形式的負(fù)債造成的。則無功功率均值即可表示如下： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFO

59、RMAT ( SEQ MTSec c * Arabic * MERGEFORMAT 4- SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT 9)結(jié)合式（4-9）能夠得知，僅需將電流進行相移，在于相移電壓進行乘積即可產(chǎn)出相應(yīng)的無功功率。本文所設(shè)計的智能電表僅需憑借電流以及電壓的采集，并加以分析即可現(xiàn)實相應(yīng)電能參數(shù)的有效把控，依托于便可實現(xiàn)對各項電能信號進行數(shù)字化轉(zhuǎn)換;其次將其銜接到主控芯片內(nèi)部完成相應(yīng)的運算，即可得到相應(yīng)的功率形式的參數(shù)測定。隨著主控芯片的處理能力不斷提升，當(dāng)前形勢下即可進行相對較為復(fù)雜方式的計量與運算。圖4-1 A/D采樣計算原理框圖具體實際交流電路內(nèi)部相應(yīng)

60、的交流電壓以及電流有效值求解如下： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTSec c * Arabic * MERGEFORMAT 4- SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT 10) MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTSec c * Arabic * MERGEFORMAT 4- SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT 11