电能参数监测与传输系统的设计与实现

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在市场经济飞速发展与城乡电网改造完成的大背景下,高性能高要求的数字电能表的相关研究也备受关注。计算机技术与无线传输技术的发展,为由普通功能型电能表向多功能,高精度,高可靠,可移植,无线抄表的电力参数监测系统的发展提供了充足的技术支持。本文即在此背景下,对电网电力参数的监测展开了研究。基于对现行电力系统参数监测要求以及实现方法的分析,本文提出了一种基于NiosⅡ处理器的无线电力参数监测系统的实现方案。方案的突出特色就是融合了SOPC(可编程线上系统)和Zigbee无线数据传输技术,利用NiosⅡ软核设计技术,辅以自定制的符合监测需求的处理器与外设电路,达到诸如电网电压、电流、功率、频率、谐波等电力系统参数实时准确的测量与传输。本文伊始主要展现了课题研究的背景、意义以及国内外相关研究现状,随后对本文的主要研究内容及工作重点难点进行了介绍。接着文章又介绍了研究涉及到的理论基础:即电力参数的计量原理和SOPC技术的主要特点。然后本文着重对监测系统硬件、软件的具体设计与实现进行了展示,其中硬件部分的相关设计围绕FPGA(现场可编程逻辑门阵列)技术展开,主要由FPGA外围电路的设计和FPGA内部配置电路的设计两部分组成。其中FPGA外围电路的设计包括输入信号调理及AD73360数据采集电路的设计、CC2530无线通信电路的设计、LCD液晶显示电路的设计、PCF8563实时时钟电路的设计以及电源电路的设计等;FPGA内部配置电路的设计重点介绍了是AD73360数据采集IP核、DMA方式的CC2530无线通信IP核的设计验证,文章同时还对SOPC Builder中NiosⅡ处理器以及功能外设的设计进行了说明。而软件设计则包括了下位机软件系统设计与上位机应用程序设计两部分。软件系统包含了4个任务的设计实现:采样数据存储任务、电力参数计量任务、电力参数显示任务以及电力参数数据传输任务。文章对整个软件的工作流程以及各任务模块的功能实现给与了介绍。而对于上位机应用程序,本文基于串口通信技术,利用Visual Studio2010环境进行开发实现。改程序能实时的读取无线传输模块接受的数据并加以展示,并对接收过程进行简单的控制。文章最后,给出了整个系统的在一系列测试实验基础上的测试结果,表明所设计的监测系统具有较高的精度与可靠性。论文最后还给出对本次设计的总结以及进一步的展望。
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