AT89C52单片机多功能智能电表的研究与设计(2)
4.12 按键显示模块24
4.13本章小结25
5 软件设计26
5.1 基于dsPIC33的软件设计26
5.2 基于单片机AT89C52的软件程序设计28
5.3 本章小结39
总结40
致谢41
参考文献43
附录A44
附录B48
附录C50
附录D51
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 研究背景
当前,节能减排、清洁能源和可持续发展成为各国关注的焦点。电网作为支撑经济社会发展的重要基础设施，是清洁能源开发利用的重要枢纽和重要平台，将在推动低碳经济发展中发挥重大作用[1]。
近年来,电网安全稳定运行的客观环境正在发生巨变.电力负荷的快速增长,各中小型独立电网通过互联已经形成规模较大的区域型电网,电力市场运行因素对电网运行的影响日益显现,加上受到全球气候变化的影响,极端气候事件频发,这些都对电网的安全稳定运行提出了许多新的要求[2]。
为了解决电力行业的上述问题，美欧等国家提出了“智能电网”的概念。智能电网(smart grid)也叫知识型电网(intelligrid)或者现代电网(modern grid)，是有机融合了信息、数字等多种前沿技术的输配电系统；其发展目标是建设节能、环保、高效、可靠、稳定的现代化电网[3]。智能电网可以提供高能源效率，减少对环境的影响，提高供电的安全性和可靠性，减少电网的电能损耗[4] [5]。随着我国工业化和科学技术的发展，急剧增加的用电量、节约型社会的建设和居民对智能生活的追求都促使了我国智能电网的发展。为此我国在十二五规划中提出建设智能电网，实现电网、计算机网、电信网的三网融合。
1.1.2 研究意义
传统的电表已不能满足智能电网的需求，而具有许多新功能，如：多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双相数据传输功能、住宅智能化控制功能的智能电表将作为智能电网的客户终端，随着未来节约型智能电网的发展及住宅智能化的发展，智能电表将得到极大应用。随着世界各国其各自智能电网计划的发展，智能电表的市场需求也越来越大。
在中国，2011年国家电网前四批智能电表招标的市场规模达到43，911，738只。其中，2级单相智能电能表成为主要的智能电表招标产品，在2011年前四次招标中，2级单相智能电表市场规模达到39，699，619只，占当期所有整体智能电表市场规模的90.41%。同时，未来五年内，我国计划将安装2.4亿块智能电表，将成为全球最大智能电表消费市场[6]。
1.2 智能电表研究现状
1.2.1 国外智能电表现状
1.2.2 国内智能电表现状
1.3 论文工作
1.3.1 谐波功率测量和电能参数计算
谐波功率测量在电力系统中占有重要的作用和地位。谐波测量是解决谐波问题的基础和主要依据,通过对谐波的检测, 可以实时监测电网中谐波的含量及其潮流方向, 计量各次谐波含量、谐波电压电流幅值、相位等参数, 从而提高测量和计量仪表的准确性。在得到各次谐波数据的基础上，计算电能参数。
1.3.2 智能电表硬件设计
智能电能表在硬件设计上采用高性能数字信号处理器16位的dsPIC，数字信号处理器具有强大的实时信号处理能力，能实时处理复杂的谐波数据,MCP3909作为16位高速A/D 转换芯片，精度高，响应快，AT89C52系统稳定性好，满足了集中通信、系统管理、人机交互等软件比较复杂的功能。
1.3.3智能电表软件设计和仿真
dsPIC负责数据的采样整理和电参量的计算，这里的谐波计算方法基于加窗插值FFT算法。当电参量算好后dsPIC通过UART传给单片机，单片机负责将这些数据显示和传输给上级，由于单片机缺乏SPI和I2C接口，所以软件编程中多用IO口软件模拟这些接口，以完成数据输入输出功能。在硬件和软件设计的基础上，利用Keil和Proteus仿真分析方案的可行性。