低壓配電集中管理系統(tǒng)設計

1、桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙第I頁共50頁編號：畢業(yè)設計說明書題目：低壓配電集中管理系統(tǒng)設計摘要隨著人民生活水平的不斷提高，人們對電力的需求已經(jīng)不僅是有電用，優(yōu)良的供電質量和服務水平，成為社會對供電企業(yè)要求的重要部分。在電力管理發(fā)展過程中，原先以人工巡視、抄表的管理方式正逐漸向集中化、網(wǎng)絡化管理的方向過渡。為提高供電質量和服務水平，需要有一套完善的用電側電能管理系統(tǒng)，對與用戶直接相關的低壓電網(wǎng)運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，及時掌握低壓配電網(wǎng)運行的情況，適時根據(jù)供電需求的增長調整電網(wǎng)負荷，及時發(fā)現(xiàn)和定位電網(wǎng)故障。低壓配電監(jiān)控裝置是整套用電側電能管理系統(tǒng)中的最重要的一個環(huán)節(jié)，低壓配電智能監(jiān)控系

2、統(tǒng)實時監(jiān)控配電網(wǎng)運行狀況，完成自動測量、智能分析和數(shù)字通訊等任務。論文設計了實時性強、成本低的智能監(jiān)控系統(tǒng)，對于電能質量的提高、電力用戶的需求以及低壓配電的安全穩(wěn)定運行具有十分重要的意義。本設計就集體宿舍供電系統(tǒng)為對象進行其管理系統(tǒng)的設計，構造出按多個監(jiān)測點設計了對其進行集中監(jiān)測的基本桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙第II頁共50頁網(wǎng)路，并應用單片機了設計了現(xiàn)場檢測裝置的硬件電路和軟件對電流電壓功率等電氣參數(shù)進行監(jiān)測監(jiān)測。其中監(jiān)測裝置以 ATC89C52單片機，CS5460A為核心。通過實驗室測試以及現(xiàn)場驗證，系統(tǒng)運行良好，測量精度高，達到了設計目標。關鍵詞：低壓電網(wǎng)；用電管理；實時監(jiān)

3、測；單片機；電監(jiān)控裝置AbstractWith the continuous improvement ofpeople's living standard，the demandfor electricity of people 's is not just simply using electricity . High quality of power supply and service play an important role in the development of the society. In the process of the development of

4、the electric power management，the original way to pull brake to restrict using power is gradually turn to apply electricity managementin order to control the electrical load. A set of complete power management system must be needed to monitor the low-voltage power grid operation on the side of uses

5、for the electric power enterprises to improve the quality of power supply and services. And power supply department can adjust the electrical load according to the monitor of power supply and find mistakes in time. The supervising device of low-voltage distribution is the most import-桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文

6、）報告用紙第III頁共50頁ant part of the system. The electric power department monitor power electrical parameters through he device, and the monitor provide enough information to the power department to analysis line loss , the load forecast, the voltage qualification rate, power distribution planning and so

7、on. And this paper discusses a management system of dormitory power supply, which is a kind of network structure applied to monitor the situation of operation of electrical system .The device is designed to measure electrical parameters such as: currentvoltage electrical power. The paper expounds th

8、edesign of hardware circuit and software of the device, withT89C52A and CS5460A as its core. The system was verified to work well high accuracy and reach the design target through the laboratory test and field test.Key words: low-voltage power grid; managementof electricity; single chip microcompute

9、r;monitor device目錄引言11緒 論11.1 配電系統(tǒng)概述21.2 課題研究的目的及意義41.3 系統(tǒng)設計主要任務42方案設計52.1 設計要求52.2 設計方案52.2.1 網(wǎng)絡監(jiān)測5桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙第IV頁共50頁2.2.2低壓配電監(jiān)控系統(tǒng) .62.2.3監(jiān)測裝置 .83硬件電路設計 .93.1設計使用的基本知識 .93.2系統(tǒng)設計整體電路 .93.3主控電路原理 .93.3.1主控芯片選擇介紹 .103.3.2單相電能芯片此時 CS5460 A 概述 .143.4各部分電路 .193.4.1顯示部分 .193.4.2按建及串口 .193.4.3存儲擴

10、展部分 .203.4.4時鐘模塊 .223.4.5前端電路調理模塊 .233.4.65 伏直流穩(wěn)壓電源 .234 軟件部分 .254.1程序設計流程 .254.2CS5460的設置和啟動 .264.3CS5460的讀寫 .264.4結果顯示 .285 系統(tǒng)制作及調試 .295.1軟硬件調試 .295.3.1硬件調試 .295.3.2軟件調試 .295.3.3軟硬聯(lián)調 .295.2系統(tǒng)制作及調試 .295.3系統(tǒng) PCB板的設計 .305.3.1尺寸 .305.3.2布局 .30桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙第V頁共50頁5.3.4 布線305.4 誤差的定性分析及改進措施30結論32

11、謝辭33參考文獻34附錄35桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙第1頁共50頁引言長期以來，低壓配電網(wǎng)絡一直是供電系統(tǒng)運行可靠性的薄弱環(huán)節(jié)之一，一些配電變壓器和配電線路因過載發(fā)熱、線損率高、電壓質量合格率低等，既容易燒毀設備，也容易危及低壓電網(wǎng)安全可靠運行，而這些故障卻常常被人們忽視，為此，原能源部規(guī)定各基層單位要定期上報電壓質量合格率和作配電網(wǎng)的可靠性統(tǒng)計，并在“用電管理信息技術規(guī)范”中明確提出要掌握配電網(wǎng)絡負荷情況及重點用戶的年、季、月、日各種負荷曲線等重要信息。但多年來，由于低壓配電網(wǎng)絡缺乏這方面的自動化檢測手段，一般都在每年或每季的幾個典型工作日，由工作人員用鉗式電流表逐個測量配電

12、裝置負荷的簡單方法，結果是費時費工，既不能反映真實情況，也不能解決實際問題。為此，研發(fā)、推廣一系列低壓配電網(wǎng)絡的監(jiān)控裝置儀表是十分必要的。 隨著人民生活水平的不斷提高，人們對電力的需求已經(jīng)不僅僅滿足于有電用，良好的供電質量和服務水平，成為社會對供電企業(yè)要求的重要部分。在電力管理發(fā)展過程中，原來以拉閘限電為目的的負荷控制正逐漸向用電管理方向過渡，電力企業(yè)為提高供電質量和服務水平，需要有一套完善的用電側電能管理系統(tǒng)，對與用戶直接相關的低壓電網(wǎng)運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，及時掌握低壓配電網(wǎng)運行的情況，適時根據(jù)供電需求的增長調整電網(wǎng)負荷，及時發(fā)現(xiàn)和定位電網(wǎng)故障，發(fā)現(xiàn)異常供電和異常線損，杜絕供電隱患。低壓配電

13、監(jiān)控裝置是整套用電側電能管理系統(tǒng)中的最重要的一個環(huán)節(jié)，它一般以低壓網(wǎng)中的配變?yōu)楸O(jiān)測對象，使電力部門及時了解設備運行狀況，為線損分析、負荷預測、電壓合格率、配電規(guī)劃等提供科學的依據(jù)。桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙第1頁共50頁1 緒論70 年代末、80 年代初，隨著電子技術的發(fā)展，低壓成套裝置的發(fā)展步入控制電子化、保護綜合化時代。出現(xiàn)了電子式的各種運行電量控制器、電動機綜合保護器、無功功率補償控制器等產(chǎn)品，其結構多為繼電器型的小型裝置。如電動機綜合保護器，其功能有過電流、斷相、過載等保護，起動時間可調整，過載時間可整定。而無功功率補償控制器可根據(jù)無功電流、功率因數(shù)等不同參量自動進行電容

14、補償無功功率。進入 80 年代中期，此類裝置發(fā)展己初步進入智能型時代。在低壓配電領域，采用了PLC技術，利用0 方式通過可編程控制器實現(xiàn)配電裝置的控制與操作，后期出現(xiàn)了微機集中檢測與控制，可對饋電主保護斷路器進行遠距離操作，對各回路電壓、電流、有功電量和無功電量、功率因數(shù)頻率、變壓器溫度等進行檢測，但它停留在遙測、遙控水平上，缺少遙訊和遙調功能，更缺少智能型應具有開關柜的思維、分析、判斷與選擇的功能。從 80 年代束至 90 年代韌。隨著計算機技術、微電子技術、電力電子技術、抗干擾技術等新技術的飛速發(fā)展。特別是網(wǎng)絡通訊技術的發(fā)展使得自動化技術得到了空前發(fā)展，在這個時期，直流控制產(chǎn)品和 PLC(

15、可編程邏輯控制器 ) 發(fā)展迅速，每 34 年就換代一次，功能越來越強大，可靠性也越來越高。微處理器從 8 位機發(fā)展到 16 位機，又發(fā)展到應用 32位機和多機運行。從主要控制線路和控制結構由硬件組成發(fā)展到由 可自由組合的軟件塊來組成。比如西門子公司的直流全數(shù)字產(chǎn)品，由 6RA22 系列發(fā)展到 6RA23，6RA24 系列，又發(fā)展到 SIMADYND系列，時間還不足十年。聯(lián)網(wǎng)方面功能也越來越強大，從兩機之間的通訊到一機與多機通訊發(fā)展到網(wǎng)絡通訊。在通訊協(xié)議方面由各公司的內部協(xié)議發(fā)展到開放的標準的協(xié)議。如西門子公司的產(chǎn)品由原先的 USS協(xié)議發(fā)展到現(xiàn)在， Profilbus 協(xié)議和工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。隨著

16、全數(shù)字控制和自動化技術的發(fā)展并大公司也把這些技術應用到配電系統(tǒng)，也就是所謂把強電控制與微電子技術、計算機技術、網(wǎng)絡通訊技術相結合，形成了第二代產(chǎn)品，出現(xiàn)了智能型斷路器等智能元器件和智能型開關柜。如 ABB公司的 F 系列斷路器和MSG系列智能開關柜；西門子公司的 3WN系列斷路器和 SIVACON系列開關柜；GFCALSTHOM公司的 GFMSTART3系列智能馬達中心：西屋公司的 Advantage系列等。這些智能元器件都是以微處理器為核心，具有測量、變換、保護、控制等功能。同時都具有通信接口可連接通信網(wǎng)絡與上位計算機通信形成智能配電系統(tǒng)。 在發(fā)收智能型元器件及開關柜的同時。功能越來越強大的

17、監(jiān)控系統(tǒng)也得到了快述發(fā)展。如西屋公司的IMPACC系列：GFCALSTHOM公司的ICIS 系統(tǒng)： ABB 公司的I s 系統(tǒng)以及西門子公司的SIMOCODF系統(tǒng)；KLOCKNERMOELLER公司的配電系統(tǒng) ID2000等。通過這些系統(tǒng)與低壓配電裝管等現(xiàn)場設置的配合，使成套供、配、用電系統(tǒng)能夠在本機、上位機環(huán)境、負載等對象中變換各種信息。桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙第2頁共50頁通過網(wǎng)絡實現(xiàn)狀態(tài)檢測、信急回饋、發(fā)出指令及操作等，提高了整個配電系統(tǒng)的可靠性。國內的低壓智能配電系統(tǒng)發(fā)展基本與國外同步，并吸取了很多國際上先進的技術應用。在低壓智能配電設備的研制和推廣上，自 1985到

18、1987年自耦減壓起動柜 JJl 全國聯(lián)合設計時起，首先采用了半導體集成電路式時間一電流轉換器替代原來的充氣式時間繼電器和電流繼電器， 1989 到 1990 年國內先后開發(fā)了電子式電動機多功能綜合保護器， 19911992年出現(xiàn)了半導體式熱繼電器。在成套裝置方面，智能型配電系統(tǒng)也已經(jīng)起步，廈門電器控制設備廠等已開發(fā)了能進行數(shù)據(jù)采集的馬達控制中心，天津夏利汽車工程的所有國產(chǎn)的低壓配電柜動力柜全部實現(xiàn)了上位計算機控制，做到了運行、故障集中監(jiān)視，集中判斷、處理，大大提高了設備運行安全性和可靠性。近年來智能型電器，特別是智能型斷路器在國內外發(fā)展非?？?，并已成功地投入到實際的運營中，智能型電器中的智能

19、單元的基本結構包含輸入、中央控制、輸出和通信四大模塊組成，通常智能單元與被監(jiān)控的開關集成一個整體，當開關電器是斷路器時，智能監(jiān)控模塊就是附屬于它的智能脫扣器，完成脫扣器所要求的各種保護和操作功能。目前在國內應用較為廣泛的智能型電器由施耐德公司的 MT空氣開關和江蘇凱帆電器公司的智能型斷路器。南京因泰萊公司研制的 INT-SCADA監(jiān)控系統(tǒng)代表著國內智能配電系統(tǒng)的發(fā)展水平，系統(tǒng)采用獨立的智能監(jiān)控模塊 YCK、YXK組成分布式網(wǎng)絡對低壓配電網(wǎng)現(xiàn)場設備實時監(jiān)控，通訊網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸實時性好，易于擴展。1.1 配電系統(tǒng)概述傳統(tǒng)上將電力系統(tǒng)劃分為發(fā)電、 輸電和配電三大組成系統(tǒng)。發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能經(jīng)由輸電系

20、統(tǒng)的輸送，最后由配電系統(tǒng)分配給各個用戶。一般地，將電力系統(tǒng)中從降壓配電變電站（高壓配電變電站）出口到用戶端的這一段系統(tǒng)稱為配電系統(tǒng)。配電系統(tǒng)是由多種配電設備（或元件）和配電設施所組成的變換電壓和直接向終端用戶分配電能的一個電力網(wǎng)絡系統(tǒng)。 在我國，配電系統(tǒng)可劃分為高壓配電系統(tǒng)、中壓配電系統(tǒng)和低壓配電系統(tǒng)三部分。由于配電系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的最后一個環(huán)節(jié)直接面向終端用戶，它的完善與否直接關系著廣大用戶的用電可靠性和用電質量，因而在電力系統(tǒng)中具有重要的地位。我國配電系統(tǒng)的電壓等級，根據(jù)城市電網(wǎng)規(guī)劃設計導則的規(guī)定，220kV 及其以上電壓為輸電系統(tǒng)，35、63、110kV 為高壓配電系統(tǒng)， 10、6kV

21、為中壓配電系統(tǒng)， 380、220V 為低壓配電系統(tǒng)。宿舍樓的配電線路的接線方式采用放射式和樹干式的混合型接線。從變壓器的配電房到宿舍樓的配電柜，采用放射式接線，這樣可以使當某一配電出線發(fā)生故障時，不致影響其他配電出線的運行，提高供電的可靠性從宿舍樓的配電箱到每一間宿舍的用電設備采用樹干式接線，它采用的開關電器較少，有色金屬消耗量也較少，克服了放射式接線中采用桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙第3頁共50頁多開關電器，高消耗有色金屬的問題，且樹干式多采用封閉母線，靈活方便，也較安全，“配電箱干線組”接線，還省去了變壓器低壓側整套低壓配電裝置，從而使接線大為簡化，投資大大降低。符合了 GB5

22、00521995供配電系統(tǒng)設計規(guī)范的規(guī)定：“供電系統(tǒng)應簡單可靠，同一電壓供電系統(tǒng)的配電級數(shù)不宜多于兩級。某宿舍供電系統(tǒng)圖：（1）配電箱電路圖如圖 1-2 所示。圖 1-2 配電箱電路（2）分電箱到宿舍的電路如圖 1-3 所示。圖 1-3 分電箱到宿舍電路桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙第4頁共50頁（3）宿舍內部配電系統(tǒng)圖如圖 1-4 所示。圖 1-4 宿舍內部配電1.2 課題研究的目的及意義目前發(fā)電廠和大型變電站中均采用了綜合自動化系統(tǒng)，但對低壓配電網(wǎng)的監(jiān)控還是薄弱環(huán)節(jié)，通過對低壓智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究和推廣使得其技術更成熟，應用更廣泛，并和變 電站綜合自動化等“孤島”相集合成更高層次的

23、配電監(jiān)控系統(tǒng)。通過對低壓智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究和推廣，能夠充分發(fā)揮和利用低壓智能配電系統(tǒng)的優(yōu)點即：(1) 可以改善低壓配電網(wǎng)管理，具有記錄以前事件的功能，可以迅速地對負載輸入要求作出響應。在系統(tǒng)內可以優(yōu)化能量消耗的分配，可以均衡負載以減少潛在的停車事件。(2) 可以根據(jù)系統(tǒng)內設備運行情況安排維修計劃，按計劃維修，減少了維修成本。(3) 可以對潛在的事故進行預報警，并及時處理以避免事故的出現(xiàn)，節(jié)省時間，減少損失。(4) 可以隨時了解到有關故障信息，來指導維修，減少故障的處理時間。(5) 可把各配電回路或設備的運行情況 (含運行數(shù)據(jù) )以報表方式或以圖形方式進 行顯示并可保存在磁盤上或打印出來，進行日

24、報和月報，提高工作效率。1.3 系統(tǒng)設計主要任務（1）實現(xiàn)集中監(jiān)測的基本網(wǎng)絡結構。（2）現(xiàn)場監(jiān)測裝置硬件問題。（3）軟件問題。桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙第5頁共50頁2 方案設計設計就是根據(jù)題目的要求而對硬件和軟件進行規(guī)劃，并選擇最合適的硬件電路和軟件程序來達到目的。硬件設計是通過對設計要求的分析，對各種元器件的了解，而得出分立元件與集成塊的某些連接方法，以達到設計的功能要求。并且把這些元器件焊接在一塊電路板上。它包括對各種元器件的功能和接法的了解，以及對各種元器件的選擇和設計方案的選擇。軟件設計是分析設計的硬件用程序實現(xiàn)其功能，并且調試優(yōu)化產(chǎn)品功能。2.1 設計要求（ 1）按

25、20 個（或更多個）監(jiān)測點設計了對其進行集中監(jiān)測的基本網(wǎng)絡結構 。（ 2）應用單片機了設計了現(xiàn)場檢測裝置的硬件電路和軟件電路對電流電壓功率等電氣參數(shù)進行監(jiān)測監(jiān)測。2.2 設計方案2.2.1監(jiān)測網(wǎng)絡結構目前，實現(xiàn)低壓配電系統(tǒng)智能化可以用不同方式，大多數(shù)采用了高速數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡通信技術。低壓配電智能化系統(tǒng)主要由智能儀表、電動斷路器、觸摸屏、監(jiān)控模塊、站級監(jiān)控微機、局級監(jiān)控微機組成二級監(jiān)控網(wǎng)絡，其組成原理示意如圖2-1 所示。打印機微計算機MODEN局以太網(wǎng)控站打印機微計算機MODEN控智能儀表智能儀表智能儀表以太網(wǎng)控制器現(xiàn)智能儀表智能儀表智能儀表監(jiān)控模塊場監(jiān)智能儀表智能儀表智能儀表觸摸屏控斷路器斷

26、路器斷路器智能儀表饋電柜 N饋電柜 2饋電柜 1進線柜圖 2-1 低壓配電智能化系統(tǒng)桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙第6頁共50頁2.2.2智能型低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)用通信網(wǎng)絡把眾多的帶有通信接口的低壓配電和控制設備與主計算機連接起來，由計算機進行智能化管理，來實現(xiàn)集中數(shù)據(jù)處理、集中監(jiān)控、集中分析及集中調度的低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)。此類產(chǎn)品日前國外較先進的有英國 GEC-ALSTHOM 公司的 ICIS 系統(tǒng)、美國西屋公司的 IMPACC 系統(tǒng)以及 ABB 公司的 INSUM 系統(tǒng)等。1系統(tǒng)的基本組成智能型低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)較常見的為三級結構。如圖 2-1 所示。從結構上看，整個智能型低壓配電監(jiān)控

27、系統(tǒng)主要由三部分組成：（ 1）主計算機。主計算機用來實現(xiàn)對配電和控制設備以及智能型元器件的監(jiān)控、保護和控制通信。它可以是 PC機、己存在的計算機系統(tǒng)、 PLC或離散控制系統(tǒng)。（ 2）通信網(wǎng)絡。主要含主機接口、子網(wǎng)絡監(jiān)控器及網(wǎng)卡。主計算機通過主機接口對整個通信網(wǎng)絡實施控制，子網(wǎng)絡監(jiān)控器是二級網(wǎng)的控制器，在較大的配電系統(tǒng)中，采用子網(wǎng)絡監(jiān)控器可以大大提高主計算機對整個配電系統(tǒng)的訪問速度，提高實際監(jiān)控的能力。（ 3）智能型低壓配電和控制設備。也就是采用了帶有通信接口的智能型控制器或智能型電器元件的低壓配電和控制設備。在智能型低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)中，關鍵部分是通信網(wǎng)絡，它就像整個監(jiān)控系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)一樣，把各現(xiàn)

28、場的配電和控制設備與主計算機連接起來。由于各公司的通信網(wǎng)一般是在工業(yè)自動化系統(tǒng)中應用的，因此，各公司的智能低壓配電系統(tǒng)網(wǎng)絡基本上都采用了與工業(yè)自動化網(wǎng)相同的網(wǎng)絡，這也有利于把配電系統(tǒng)與工業(yè)自動化系統(tǒng)連接起來。主計算機主機接口網(wǎng)卡網(wǎng)卡網(wǎng)卡網(wǎng)絡監(jiān)控口網(wǎng)絡監(jiān)控口網(wǎng)絡監(jiān)控口監(jiān)控裝置監(jiān)控裝置監(jiān)控裝置配電箱配電箱配電箱圖 2-2 智能型低壓配電和控制設備桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙第7頁共50頁在通信網(wǎng)絡的通信介質方面，目的應用較多的有光纖、同軸電纜及屏蔽雙絞線。目前在智能型低壓配電系統(tǒng)中應用的基本上是屏蔽雙絞線，硬件接口為 RS- 485 口。關于通信協(xié)議。早期的通信協(xié)議各公司不盡相同，各自

29、發(fā)展自己的協(xié)議，但隨著自動化技術和通信技術的發(fā)展，帶有通信接口的產(chǎn)品應用量越來越大。往往一家的產(chǎn)品不能完全滿足一個工程的需要，而工程本身又需要有統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡，因此為滿足應用的要求協(xié)議向標準化、開放性發(fā)展，如西門子公司的 Profilbus協(xié)議，由于各方而性能都比較好，深受歐洲各廠家的歡迎，結果西門子的內部協(xié)議上升為德國標準，后又成為歐洲的標準協(xié)議之一，被歐洲廠家廣泛采用。目前國際上應用較多的總線協(xié)議有 Profilbus總線、基金會總線和 CANbus 總線等。各大公司在統(tǒng)一協(xié)議的同時，在自己原有通信網(wǎng)絡的基礎上也開發(fā)能連接其他公司通信網(wǎng)絡的接口產(chǎn)品，如 AB 公司，KLOCKNERMOEL

30、LER 公司就有能連接 Profilbus 網(wǎng)的接口， GFC ALSTHOM 公司的智能馬達控制器能連接到 GE 公司的網(wǎng)絡上。這樣各公司的產(chǎn)品通用性加強，利于產(chǎn)品的推廣。各種通信網(wǎng)絡的性能一般為傳輸距離 1000m 以上，所帶設備可達 1000 臺套，通信速率可達幾百 K 波特率。2軟件配置上位計算機上運行的軟件有兩類：一類是系統(tǒng)軟件，也就是我們所說的操作系統(tǒng)如MISDOS622 和 Windows 95等。另一類是低壓配電系統(tǒng)的監(jiān)控軟件。監(jiān)控軟件又分為兩部分：一部分是監(jiān)控的應用軟件，對整個配電系統(tǒng)進行管理、監(jiān)視控制、數(shù)據(jù)輸出、通信處理等。監(jiān)控軟件不僅能使主計算機通過通信網(wǎng)絡對整個配電系統(tǒng)

31、各回路的狀態(tài)、運行參數(shù)等進行采集還能對所采集的數(shù)據(jù)狀態(tài)進行處理，引入專家系統(tǒng)進行分析、判斷和協(xié)調控制如故障的預報警、故障診斷及保護等。另一部分是應用軟件的運行環(huán)境或者稱為軟件平臺。這種軟件平臺各公司可能有所不同，有些公司是直接用 C 語言，有些公司是用專門開發(fā)的組態(tài)圖形軟件，如西門子的 WINCC 軟件，美國 Intellution 的 FIX 軟件。這些軟件有著良好的人機界而完善的圖形編程功能。監(jiān)控系統(tǒng)功能：（ 1）系統(tǒng)具有對各配電回路的電流、電壓、功率、頻率、功率因數(shù)等參量以及運行狀態(tài)進行遙測的功能，能把這些狀態(tài)和數(shù)據(jù)在上位機進行處理、分析、判斷和顯示。（ 2）系統(tǒng)具有根據(jù)各配電回路的運行

32、狀態(tài)及指令對智能型控制器、 斷路器進行遠距離遙控操作的功能。（ 3）系統(tǒng)具備上位計算機與開關柜中的智能控制器和智能型低壓電器元件等器件， 通過通信網(wǎng)絡進行通信的功能，這是智能型低壓配電系統(tǒng)的基本功能。（ 4）系統(tǒng)具有由上位計算機根據(jù)指令或計算機的分析、 判斷智能監(jiān)控器、智能斷路器桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙第8頁共50頁等智能元器件的設定值和接地、過載、過流等故障保護值進行遙調的功能。2.2.3監(jiān)測裝置部分方案一：采用 A/D 轉換芯片分別對電壓、電流回路采樣，然后送給單片機，經(jīng)單片機計算，算出電能、功率等電量。該方案電路設計較麻煩，并且容易受外部干擾，準確度低，并且編程較麻煩。方

33、案二：采用現(xiàn)在比較流行的電能計量芯片CS5460A實現(xiàn)對電能等電量的采集和測量。CS5460A是 Crystal 公司推出的用于測電流、電壓、功率等的芯片 , 是 CS5460的增強版, 精度高、性能強且成本低。 CS5460A包含兩個模- 數(shù)轉換器（ ADC）、高速電能計算功能和一個串行接口的高度集成的 模- 數(shù)轉換器。它可以精確測量和計算有功電能、瞬時功率、IRMS 和 VRMS，用于研制開發(fā)單相 2 線或 3 線電表。CS5460A可以使用低成本的分流器或互感器測量電流，使用分壓電阻或電壓互感器測量電壓。 CS5460A具有與微控制器通訊的雙向串口，芯片的脈沖輸出頻率與有功能量成正比。

34、CS5460A具有方便的片上 AC/DC系統(tǒng)校準功能?！白砸龑А钡奶攸c使 CS5460A能獨自工作，在系統(tǒng)上電后自動初始化。在自引導模式中， CS5460A從一個外部 EEPROM中讀取校準數(shù)據(jù)和啟動指令。使用該模式時， CS5460A工作時不需要外加微控制器，因此當電表用于大批量住宅電氣參數(shù)測量時，可降低電表的成本。并且本芯片集成度較高便于編程控制，故本設計采用此方案。復位電 壓電流型電信號壓互感器電流電流互感信號器Key電流/電CS54AT89壓 變60C52LCD換 電路串 口時鐘圖 2-3 多功能電能表硬件框圖桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙第9頁共50頁該系統(tǒng)主要由顯示模塊、

35、通訊模塊、鍵盤控制模塊、 MCU模塊、電能表芯片 CS5460模塊、時鐘模塊、存儲器模塊和前端電路調理模塊部分組成。前端電路調理模塊采用變比1：1 的電流型電壓互感器，電流模塊采用變比 2000：1 的電流互感器，利用取樣電阻采樣信號，經(jīng)變換后的信號以差模電壓的形式接到由CIRRUS LOGIC公司生產(chǎn)的電能表芯片CS5460A，取樣電阻的阻值由被測信號的最大值決定，然后經(jīng) CS5460A轉換后將電壓、電流、功率、電能等信號傳給單片機 AT89S52，AT89S52組成的 MCU模塊控制所有芯片的工作、截止及計算和模塊的顯示，顯示模塊采用 LCD1602液晶模塊，液晶正常顯示當前測量的電能值、

36、日期、時間，可通過鍵盤控制顯示電壓、電流有效值、功率等；通訊模塊采用Max232芯片實現(xiàn)電能表與 PC機之間的通信。并接受 PC上位機同步控制并與其通信，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對電能等電參量測量、顯示及采集處理的目的。系統(tǒng)硬件框圖如圖2-1 所示。主要部分電路功能如下：（1）電流互感器及調理電路相結合將電信號轉換較小的電信號輸入到檢測芯片。（2）單片機在接收到 CS5460A計算出來電氣參數(shù)后通過 LCD顯示，由鍵盤控制可顯示不同參數(shù)如電流，電壓，功率。（3）通過串口與上位機相連實現(xiàn)網(wǎng)絡管理，及實施監(jiān)控。3 硬件電路設計每一個設計都要以一定的知識為基礎，知識的多少在一定程度上決定了設計出來的東西的好壞

37、程度，這些知識包括硬件知識和軟件知識。硬件知識用來設計硬件電路，以實現(xiàn)電信號的采集、隔離、匹配等功能。軟件知識用來設計芯片處理數(shù)據(jù)的先后順序，數(shù)據(jù)的獲得途徑以及對數(shù)據(jù)做怎樣的處理，還有其他的一些驅動和顯示功能等等。當然，在硬件電路里一些芯片是必不可少的，軟件設計也需要對芯片進行編程序。本章將介紹本次設計用到的一些基本知識和主要芯片。3.1 設計使用的基本知識我們用單相雙向功率 / 電能芯片 CS5460A，通過調理電路把電壓信號，電流信號轉換為符合的芯片輸入范圍的電壓信號，經(jīng)過該芯片的計算功能，將數(shù)據(jù)輸送至單片機顯示，并用串口通訊與上位機相連，從而實現(xiàn)對電力運行的監(jiān)控。其中主要運用了單片機的知

38、識，及模電的知識。3.2 系統(tǒng)主電路系統(tǒng)主電路主要有電參數(shù)測量芯片 CS5460，單片機最小系統(tǒng)，及單片機顯示電路組成。桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙第10頁共50頁3.3 主控電路原理集成塊出現(xiàn)使硬件電路設計更加簡單易懂，從而得到了廣泛的應用。在這次畢業(yè)設計中用到的主要芯片有單片機 ATC89C52、電能計量芯片 CS5460A。下面詳細介紹它們具體的應用方法。主控電路中，以單片機為主體，通過電能計量芯片 CS5460A監(jiān)測得到的數(shù)字值，將數(shù)據(jù)顯示出來，并上傳至上位機實現(xiàn)實時監(jiān)控。它是系統(tǒng)的樞紐。3.3.1主控芯片選擇介紹電子式多功能電能表硬件的核心 MCU 主控制器,它負責按鍵輸

39、入掃描、工作狀態(tài)檢測,計量數(shù)據(jù)的讀入、計算和存儲、電表參數(shù)的現(xiàn)場配置以及與外界的通信控制。由于單片機是按工業(yè)測控環(huán)境要求設計的，抗干擾能力強，環(huán)境要求不高，靈活性好，體積輕，可以降低系統(tǒng)的成本獲得較好的性能。單片機基本系統(tǒng)以 89C52為核心，單片機選用AT89C52，AT89C52是一種低功耗、高性能的 CMOS型8位微型計算機，它有具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器，256字節(jié)RAM，32線I/O 口，3個16位定時計數(shù)器， 6向量兩極中斷，一個雙工串行口，具有片內自激振蕩器和時鐘電路等標準功能。 此外，AT89C52設有靜態(tài)邏輯，用于運行到零頻率，并支持軟件選擇的節(jié)電運行方式和空

40、閑方式使 CPU停止工作，而允許 RAM、定時計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。在掉電方式下，片內振蕩器停止工作，由于時鐘被凍結，一切功能都停止，只有片內 RAM的內容被保存，直到硬件復位才恢復正常工作。芯片上的 EEPROM允許在線（ +5V）電擦除、電寫入或采用通用的非易失存儲編程器對程序存儲器重復編程。一般專為 ATMELAT89Cx做的編程器均帶有這些功能，單片機對開發(fā)設備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。寫入單片機內的程序還可以進行加密。 這些都是其他機種不能比擬的，所以我們選用 AT89C52。引腳結構如圖 3-1 所示。圖3-1 AT89C52引腳結構圖VCC: 電源GND: 地桂

41、林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙第11頁共50頁P0 口：P0口是一個 8位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅動 8個TTL邏輯電平。對 P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0口也被作為低 8位地址 / 數(shù)據(jù)復用。在這種模式下， P0具有內部上拉電阻。在 flash 編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅動 4 個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高， 此時可以作為輸入

42、口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL ）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/ 計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（ P1.0/T2）和時器/ 計數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如表 2.1 所示。在flash 編程和校驗時 P1口接收低8位地址字節(jié)。表2.1 P1 口引腳第二功能引腳號第二功能P1.0T2（定時器 /計數(shù)器 T2 的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時器 /計數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.5MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6MISO （在系統(tǒng)編程用）P1.7SCK（在系統(tǒng)編程用）P2 口：P2 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅動 4 個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高， 此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（ IIL ）。在訪問外部程序存儲器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應用中， P2 口使用很強的內部上拉發(fā)送 1。在使用 8位地址（如 MOVXRI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2口輸出P2鎖存器的內容。在flash 編程和校驗時，P2口也接收高 8 位地址