基于Modbus的三相电能表设计

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国民经济的迅速发展,使得电能在各行各业的需求也越来越大,供电质量要求也随之提高,智能电网应运而生。电能表作为智能电网这一高级量测体系的重要组成部分,其要求也随之提高。在满足基本的精确测量,准确计费的同时,更着重其通讯、组网及用户交互方面的功能。然而我国的电能表在通讯技术方面没有统一的标准,多种通信技术共存,因而面临如何采用合适的通讯技术组网的问题。本文旨在研究一款基于Modbus的电能表,并给出了组网方案。首先,本文回顾了电能表的发展历史,介绍了该课题的选题背景及研究意义,并且了解了国内外在电能表通讯技术方面的发展现状及最新动态。简单对比了国内现在通用的几种通讯技术,分析了各种技术的优缺点。接着,了解了该协议的具体实现过程及电气接口。对Modbus的组网进行构架,建立了基于Modbus的智能监测系统。详细介绍了Modbus协议的相关知识,对Modbus协议的CRC校验算法进行了研究,详细分析了该算法的原理,并针对电能参数传输过程中数据字节较多的情况设计了多字节序列CRC校验算法,该算法能有效减少误码率。在电能表的硬件设计中,本文采用了专用电能计量芯片+MCU的双核方案。选用三相电能计量芯片ADE7758,这种方案在保证计量精度的同时,有助于缩短开发周期,减少成本。设计中将电能表分成电源模块、电能采集及计量模块、MCU管理模块和Modbus通讯模块。给出了可靠的电路原理图并对主要芯片进行了合理选型。同样的,在软件设计过程中,采用模块化思想,将庞大复杂的软件系统分成四个模块,细化问题,进而方便软件设计。给出了各个模块的程序流程图,并且出给了部分重要模块的程序代码。最后进行了Modbus的通讯测试。设计了上位机测试程序,和下位机进行联机组网。对该协议在通讯过程中的误码率及抗干扰能力进行了简单的测试,并且和低压电力线载波技术进行了比较分析,结果表明,该Modbus协议具备较低的误码率及较好的抗干扰能力,适用于电能表通讯功能。
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