基于MSP430的智能电能表的设计.doc

2011-2012德州仪器C2000及MCU创新设计大赛 项目报告 题 目： 基于MSP430的智能电能表设计 学校： 山东科技大学 组别： 专业组 应用类别： 仪器仪表类 平台： MSP430 题 目： 基于MSP430的智能电能表设计 摘要 基于炬力公司的高精度电能计量芯片ATT7022B，本文以超低功耗单片机MSP430F149为控制器，设计了一款三相多功能电能表。该电表围绕DL/T 614-2007《多功能电能表》的技术要求和功能规范进行了设计。文中详细介绍了该多功能电能表的软硬件设计方案。 This paper took ultralow-power consumption MCU MSP430F149 as a controller, designed a three-phase multi-function meter based on the high-precision energy measurement IC ATT7022B from Ju Li company. This meter designed with the technical requirements and functional specifications of DL/T 614-200《Multi-function Meter》. The paper introduces the hardware and software design of the multi-function meter in detail. 引言 随着我国电力事业的蓬勃发展和人民群众生活水平的不断提高，电力已成为人们生活、工作中必不缺少的组成部分。并且，用电的高峰和低谷存在的较大差距，对传统的供电和用电管理系统提出了更高的要求。国家陆续提出了建设智能电网实现现代化供用电的管理方法，包括电能表具有阶梯电价和自动远程抄表功能。随着电子技术的发展，电子式电能表以其高精确度、高可靠性和容易调校等优点逐渐取代了传统的机械式电能表。目前，电子式电能表正朝着复费率、多功能的方向发展，如：智能电表、费控电表及多功能电表等。 随着居民用户电表数量的增加，人工抄表已经无法满足电力系统的管理和服务的需求。人工抄表的工作越来越繁重，效率低、误差大、成本高，数据的统计分析准确率低且滞后，无法实现实时抄表、分时计费、实时监测供用电情况。电力系统迫切需要电力网络技术支持，以便及时准确的获得用电管理、收费管理、供用电线损统计、分析及电力安全运行等各方面的信息。 为了满足电力部门对电力网络信息系统的要求，现时段研究电能管理与自动抄表系统，可为智能电网的建设奠定良好的基础。 系统方案与论证 1.1电参量采集方案对比 方案一 采用多通道数据采集+CPU运算处理 本方案采用传统的数据采集方案，将三相电压、三相电流信号通过分时较高频率的采样后，经12位以上的A/D转换芯片变成数字量送给MCU，MCU测量各相电压与电流之间的相位差，再通过功率、电能数学公式的大量乘加计算，从而得到系统要求的各种电参数。经网上查询，这种方案约15年前在设计较为简单的电子式电能表中得到过应用，但电路原理极其复杂，MCU运算量十分庞大，性能不高，造价却很高。 方案二 采用智能电能计量芯片 与传统的电参数采集处理方法相比，智能电能计量芯片具有专用性极高、价格低廉等显著优点，采用智能电能计量芯片作为电能表的核心元件是目前电能表行业的标准设计方法。MCU只需通过SPI串行接口把电参数从该芯片中读出，再经简单处理即可完成操作，这大大减轻了MCU的负担。该方案具有成本低廉、性能优越、外围电路简单、调试简单等优点。 本设计选用方案二，以TI公司的MSP430F149单片机为控制器，炬力公司的ATT7022B为电能计量芯片，控制器通过SPI总线与ATT7022B进行通信，获取电能、功率等相关参数。同时系统还包括时钟、通信及LCD显示等外围电路。电能表主要功能特点如下： 1）测量、记录并显示电能表的总及各分相电压、电流、功率以及功率因数等参数； 2）支持分时计量功能，可实现多时段复费率计费功能； 3）支持广播校时功能，可以自动完成时钟的调校，保证计费的精确度； 4）具有485、红外通信接口，方便实现远程抄表、远程调校及手持抄表等功能； 5）具有停电抄表、失压