基于stm32的三相智能电能表计量的选读.docx

基于stm32的三相智能电能表计量的研究李宏1，王晓泳2（1. 国网山东省电力公司胶州市供电公司，山东青岛 266300；2. 国网山东省电力公司青岛市供电公司，山东青岛266100）摘要本文着重描述三相电能表原理说明。本课题研制的电能表主要采用高性能低功耗微处理器STM32 F103VC6和高精度电能测量芯片ATT7022E为数据采集核心。通过双边比电流互感器对电流信号采样，并经微控制器对电网功率实时检测和处理来实现功率分段计量，通过对计量原理的充分分析和研究，设计出计量硬件电路和软件流程。为完善电能表设计，硬件系统还包含电源模块设计、串行接口设计、显示模块设计、存储时钟模块设计等。结合硬件设计，系统地对软件部分做了整体架构。软件设计均采用主程序和子程序即模块编程的形式来减少了程序冗余，增强了软件系统的可读性和维护性。关键词：三相电能表；高性能低功耗微处理器STM32 F103VC6；高精度电能测量芯片ATT7022E目录摘要2目录31 概论11.1 研究背景11.2课题的研究意义11.3电能表技术和发展现状11.4 本文的主要工作和章节安排12 图像匹配基本理论32.1 电能表发展历程32.2三相电测量原理32.3三相感应式电表原理52.4三相电子式电表原理62.5数字式乘法器工作原理83 计量芯片103.1 计量芯片情况103.2 计量设计113.3 电能计量芯片134 系统设计254.1 系统程序特点254.2 开发环境简介255 总结与展望315.1 总结315.2 展望331概论1.1 研究背景随着电力和电子行业的蓬勃发展，电力公司对电能表要求越来越高，电能表作为用户和电力公司的交易平台，作用至关重要。对电能表一般要求是既要保证计量精度，同时又必须能长时间稳定可靠运行。随着我国经济发展，作为计量终端的电能表受到了越来越多的关注，为了满足各方面的需求，电能表软件设计朝着多费率、精确计量、智能化和网络化、大数据物联网方向发展。但我国地域辽阔，各地电网差异较大，因此智能电能表还必须要满足电压高、电流大、负荷重等条件和异常情况。这些新要求传统的感应式电表因此无力应对，在电费计量上给国家带来很大的损失。随着电子技术的进步，一些计量用的专用芯片随着而出如ATT7022，从某种程度上简化了电能表结构设计，并且提高了计量精度。但是为了提高电力部门的工作效率、远程控制、智能化、远程抄表是永远不变的主题。1.2课题的研究意义电是一种商品。必然与人们的生活息息相关，研究的目的就是在于研制出精度更好，重量更轻，体积更小，调校容易，制造成本更低的电能表。1.3电能表技术和发展现状现在我国三相多功能电表品种齐全，涵盖了从0.5 - 2级各种等级各种规格的电能表，但对0.2和0.2S电表主要还是以进口为主。1.4 本文的主要工作和章节安排第一章：介绍课题背景，阐述电能表技术现状和发展趋势。第二章：总结数据采集的基本原理，研究电能表电能计量的基本原理。第三章：介绍一下市面上常见的计量芯片，讲解ATT7022E的应用原理。第四章：介绍三相表计量软件的基本构架，并给出一个简单计量算法。第五章：计量原理的未来发展。2电能表基本理论2.1 电能表发展历程1881年爱迪生利用电解原理成功研制了成功最早的电能表，虽然这种电表重达几十千克但是很快被工程所采用。1890年出现了感应式电能表。在以后的几十年中主要时对感应式电能表不断合理，完善，逐渐形成今天的样子，现在的感应式电能表规格数十种，重量仅1千克。2.1.1功能测量对电能表来说，主要功能就是电能测量。三相电能测量包括有功计量，无功电能计量，其中有功电能计量可以简单描述如下：其中u(t)是t时刻的电压瞬时值i(t)是t时刻的电流瞬时值,U,I是电流有效值。FA是电流与电压的相位差，ω是角频率。则一个周期内平均功率公式（代数式）为：P=UICosφ一个周期内的电能W为：W=UICosφT2.1.2测量方式电能的测量方式有感应式，电子式，和最古老的电解式三种，但是市面上一般以前面两种测量方式为主。目前最为流行的是电子式测量方式。2.2三相电测量原理电路连接三相供电电力中的三相电源是由振幅相等的，频率相同的三个正弦电压UA（t），Ub（t），Uc（t）,初相相差120度。它有两种连接方式，三角形连接方式和Y型连接方式。Y型连接方式是将三相电源的末端接道一起。形似Y而得名的。这样就形成一个公共点。公共点称为中性点。为安全起见，这个点通常在电源上接地。在实践中，负载并不是完美均衡的，要使用第四条“中性”线传送得到的电流。如果本地法规和标准允许，中性导体可能会比三条主导体小得多。当三相平衡时，有如下关系：UL = ，其中 UL 是线电压电流，Up,Ip是相电压电流。这里的线电压指各相输出电压与中心点N的电压差。这里的相