基于嵌入式系统的智能电表设计与研究
基于嵌入式系统的智能电表设计与研究
１ 智 能 电表 及 其研 究现 状
智 能 电表 是现代 计算 机技术 和现代测 量技术
相结 合 的产 物 ， 它具 有 自动 校正 、 自动补 偿 、 数据
自动 储存 、 算 、 运 逻辑 判 断 、 自动 操作 以及远 程 网 络传输 等能力 和 功 能 ， 够 完成 一 些需 要 人类 的 能
智慧才 能完成 的 工作 ， 现 代企 业 中得 到 大 规模 在 的使用 。
较 多 的应用 问题 。 智能 电表在 我 国虽 然起 步 较 晚 ， 发 展 非 常 但 迅速 ， 开发潜 力 巨大 ， 市场极 其广 阔 。现 在智能 电 表往 往两种 架构来进 行设计 ：
随着科学技 术 的不断 发 展进 步 ， 表 系统 的 仪
Ａ ｓ ａ ｔ Ｔ ｋ Ｘ ３ ｏ ｘ ｍ ｌ．ｈ ｔ ｕ ｎ ｅｅ ｐ ｎ ｆ ｍ ｒ ｍｅ ｒ ｗ ｒ ｅ ｐ ｕ ｄ ｄ Ｔ ｅ ｂ ｔ ｃ ： ａ ｅ ＭＡ Ｑ Ｏ ｆ ｅ ａ ｐｅ ｔｅ ｓ ｔｓａ ｄ ｄ ｖ ｌ ｍｅ ｔ ａｔ ｔ ｓ ｅｅ ｘ ｏ ｎ ｅ ． ｈ ｒ １ ８ ｒ ａ ｏ ｏ ｓ ｅ
应用要 求也在 不 断提 高 ， 杂 的工业 化 现 场促 使 复 仪表朝 着 更 高 的要 求 发展 ， 网络化 、 型化 、 如 微 智 能化等 。随着 大规模工 业化装 置对 自动化控 制水
一
其 中一 大 类 是 使 用 通 用 芯 片 来 架 构 。 随着
ＭＣ Ａ Ｍ、 Ｓ Ｃ Ｌ Ｆ Ｇ Ｕ、 Ｒ Ｄ Ｐ、 Ｐ Ｄ、 Ｐ Ａ等 通用 硬件 以及硬
响。
作 和仪表 维护 ） 的要求 无 一例 外 的将 扩 大智 能 电
基于嵌入式系统的智能电表研究与设计的开题报告
基于嵌入式系统的智能电表研究与设计的开题报告1. 研究背景当前，能源消耗问题逐渐引起社会关注，电力消耗在其中占有重要地位。
为了解决电力资源的合理利用，提高能源的利用效率，研究和开发更加智能化、高效化的电力系统已经成为迫切需要解决的问题。
因此，基于嵌入式系统的智能电表研究与设计具有重要的理论和实际意义。
2. 研究目的本课题的研究目的是设计一种基于嵌入式系统的智能电表，以实现电能质量监测、用电量统计、费用计算、远程数据传输等多种功能，从而提高电网的稳定性和安全性，提高用户用电的方便性和经济性。
3. 研究内容本课题的主要研究内容包括以下几个方面：（1）智能电表系统的硬件设计，包括系统中各个模块的硬件电路设计与搭建和电气安全性检测；（2）智能电表系统的软件设计，采用嵌入式系统技术，完成系统底层驱动程序的编写和上层应用程序的设计、仿真、调试及测试；（3）智能电表数据传输和储存方案的研究，包括网络连接方式选择和远程数据传输协议的设计，数据存储介质的选择，以及数据传输和存储的安全性设计；（4）智能电表系统性能测试与评估，验证系统的各项功能及性能指标是否达到设计要求。
4. 研究意义智能电表作为电力行业的重要组成部分，其研究与开发对于电力行业的健康发展非常重要。
通过基于嵌入式系统的智能电表的研究，可以提高电力系统的可靠性和稳定性，减少能源的浪费和损耗，同时提高用户用电的方便性和经济性，具有广泛的应用前景。
5. 研究方法该课题的研究方法主要包括文献资料查阅、理论研究、实验研究及仿真分析等。
6. 进度计划本课题的进度计划如下：第一阶段：调研和文献综述，对智能电表的相关技术和研究现状进行深入了解，总结国内外相关研究成果，并确定研究方向和内容。
完成时间：1周。
第二阶段：系统设计和硬件搭建，根据调研结果和研究方向，设计智能电表系统的硬件电路和软件程序，并进行实际硬件搭建。
完成时间：3周。
第三阶段：系统功能实现和测试，包括系统软件的编写和调试，系统功能的实现，以及系统性能的测试和评估等。
嵌入式技术在智能电网中的应用案例探索
嵌入式技术在智能电网中的应用案例探索近年来，随着科技的不断进步和发展，嵌入式技术在各个领域得到了广泛应用。
智能电网作为现代电力系统的重要组成部分，也开始逐渐引入嵌入式技术，以提高电力系统的安全性、可靠性和智能化水平。
下面我们将通过一些实际的应用案例，来探索嵌入式技术在智能电网中的应用。
首先，智能电表是嵌入式技术在智能电网中的典型应用之一。
传统的电表只能记录电能的使用情况，而智能电表则能够通过嵌入式技术实现更多的功能。
智能电表内部包含了嵌入式芯片，通过与电网连接，能够实时地监测电能的使用情况，并将数据上传到远端服务器。
用户可以通过手机或者电脑等设备查看电能使用情况，从而实现合理用电，降低能源浪费。
同时，智能电表还可以通过与智能家居系统连接，实现自动化控制，比如在低电价时段自动开启洗衣机、电热水器等大功率设备，提高能源利用效率。
其次，嵌入式技术还可以应用于智能电网的电力监测和故障诊断系统中。
传统的电力监测系统往往需要大量的人力和物力投入，而且信息获取和处理的速度较慢。
而引入嵌入式技术后，可以实现对电力系统的实时监测和数据采集，大大提高了监测系统的效率和准确性。
通过嵌入式传感器和智能节点的布置，可以实时监测电流、电压、功率等电能参数，并通过网络将数据传输到监测中心。
当发生故障或异常情况时，嵌入式技术能够迅速对故障进行识别和定位，提前预警，保证电网的安全运行。
此外，智能充电桩也是嵌入式技术在智能电网中的重要应用之一。
随着电动车的普及，充电桩的需求量也在不断增加。
智能充电桩通过嵌入式技术，能够实现对电动车充电过程的全面监测和控制。
嵌入式传感器可以实时感知电动车的电量、温度等状态，根据不同的需求和时段，智能充电桩可以自动调节充电功率和充电时间，有效地避免用电高峰期对电网的冲击。
此外，智能充电桩还可以与用户的手机等设备连接，实现远程充电、支付、预约等功能，提升用户的充电体验。
最后，嵌入式技术在智能电网中还可以应用于分布式能源系统的管理。
嵌入式智能电能抄表集中器的设计
嵌入式智能电能抄表集中器的设计随着传感器技术和通信技术的不断发展,智能电网越来越成为未来电网系统里的发展趋势,而用电信息的采集又成为了智能电网里重要的组成部分。
通过传感器技术对用电信息的采集使得电网时刻处于监控的状态。
本论文主要以居民用电信息采集作为背景,致力于设计一款基于低压电力线载波、M-BUS和3G无线通信技术的多接口多功能的智能电能抄表集中器。
在智能电能抄表系统中,它主要由远程管理软件、集中器和底层智能电表组成。
集中器作为智能电能抄表系统的核心设备充当了远程管理软件和底层电表通信的桥梁和纽带作用。
功能设计上参照了GDW373电力用户用电信息采集系统的功能规范要求,实现了集中器自动抄表及上报、远程实时召测、本地实时抄表和自动补抄等功能。
硬件电路设计上集中器选用三星公司S3C2440的作为其核心处理芯片,充分发挥其在嵌入式控制器速度快、数据处理能力强的优势。
集中器为适应抄表的数据传输要求,拓展了丰富的外围接口通信电路,其中上行通信的有3G无线网络接口和标准以太网RJ45通信接口,用于集中器和远程管理主机通信；下行通信支持低压电力载波通信、M-BUS总线通信和RS485总线通信,用于集中器和底层电表通信。
在软件设计上,集中器采用嵌入式linux操作系统作为软件开发平台,并在此平台上此成功移植嵌入式QT/E图形库。
集中器的应用程序和图像界面基于嵌入式QT进行开发,并以为图形界面GUI为作为主线程,采用多线程处理机制实现抄表工作的多任务处理。
在数据存储上,智能电能抄表集中器采用轻型数据库sqlite3对抄表数据进行快速和高效的存储。
为使智能电能抄表集中器具有更好的兼容性和适应性,上下行的通信协议均采用国家用户用电信息采集的标准通信协议进行通讯,上行通信协议采用国家标准GDW376.1通信协议,下行通信采用DL/T645通信协议。
通过智能集中抄表系统抄得的数据并对其进行分析,最终使得供电部门有效地监控整个电网及居民的用电情况,合理分时段计费,避免偷电,损坏电力设施的行为,并大大减轻抄表人力。
基于嵌入式系统的智能电表设计与开发
基于嵌入式系统的智能电表设计与开发智能电表是一个集计量与控制功能于一体的高科技产品，它不仅可以实现对电能的精确测量，还可以实现对电能的实时监测、远程管理和智能控制。
随着科技的不断进步，嵌入式系统的应用正在逐渐渗透到各个领域，而基于嵌入式系统的智能电表便是其中之一。
嵌入式系统，顾名思义，是指将计算机系统嵌入到被控制的对象中，以实现特定功能的计算机系统。
而在智能电表中，嵌入式系统扮演着关键的角色。
它负责对电能进行计量，并将计量结果通过通信模块传输至上位机，实现对电能的监测和管理。
在智能电表的设计与开发过程中，首先需要确定电能计量的方式。
传统的电能计量通常采用电流互感器和电压互感器来实现，但是这种方式存在着测量误差较大、运维成本较高等问题。
而基于嵌入式系统的智能电表采用新的计量方式，通过电能采集芯片实现对电能的精确测量，并进行数字化处理，从而提高了测量的准确性和稳定性。
另外，在智能电表的设计与开发过程中，还需要考虑电能数据的存储与传输。
传统的电表通常采用人工读数和纸质记录的方式，这种方式不仅效率低下，而且存在着数据易丢失和篡改的问题。
而基于嵌入式系统的智能电表通过将电能数据存储在闪存芯片中，并通过通信模块与上位机进行数据传输，实时监测和远程管理电能数据，大大提高了数据的安全性和可靠性。
除了计量和传输功能，基于嵌入式系统的智能电表还可以实现智能控制功能。
智能电表可以根据用户的需求和电能的实际情况，灵活地进行电能负荷调控，实现对电能的合理分配和利用。
智能电表还可以实现对电能的远程控制，当用户需要停电或断电时，可以通过上位机对智能电表进行遥控操作，从而实现电能的快速切换和控制。
此外，基于嵌入式系统的智能电表还可以实现对电能消耗情况的实时监测和分析。
通过对电能数据的采集和处理，可以统计出电能的消耗情况，帮助用户了解电能的使用情况，从而实现对电能消耗的管理和控制。
总结起来，基于嵌入式系统的智能电表设计与开发是一个复杂而关键的过程。
智能电网中嵌入式系统应用研究
智能电网中嵌入式系统应用研究随着能源需求的不断增长和能源环境的不断变化，智能电网正在成为未来能源发展的趋势。
而嵌入式系统作为智能电网中最为重要的组成部分之一，对于智能电网的发展和运行起着至关重要的作用。
本文将从智能电网的概念、特点及应用需求出发，对嵌入式系统的应用研究进行探讨，以期更好地发挥嵌入式系统的优势。
一、智能电网的概念和特点智能电网是指综合运用信息通信技术、控制技术、电力技术、计算机科学技术等先进技术的电网系统。
它在传统电网的基础上，实现了电网的智能化和自动化，能够更好地适应用户需求，并同时提高电网的安全性、可靠性和经济性。
与传统电网相比，智能电网有以下特点：1. 双向通信：智能电网实现了双向通信，即从用户处向电网中心发送信息，同时从电网中心返回信息。
这使得电网管理变得更加智能，能够实时了解用户需求和电网状态。
2. 可靠性高：智能电网不仅具备传统电网的稳定性，还能在故障发生时及时诊断并快速修复，以保证电网的稳定运行。
3. 能源可持续：智能电网建设倡导和鼓励可再生能源发展，如太阳能、风能等，实现了清洁能源的使用和利用。
二、嵌入式系统在智能电网中的应用嵌入式系统是一种专用计算机系统，通常是以单片机或微型处理器为核心。
它集成了控制、计算、通讯、存储和显示等多种功能。
嵌入式系统可以在较小的表面积内实现复杂的功能，因此在智能电网中被广泛应用。
下面，我们来看看嵌入式系统在智能电网中的具体应用。
1. 智能计量智能计量是智能电网的重要组成部分之一。
现如今，智能电表不仅仅是普通的电表，而是具备计量和通讯功能，可以实现多种计量功能，如峰谷计费、负荷控制、远程抄表、电量清算等。
而这一切都离不开嵌入式系统的支持。
嵌入式系统通过与电表的连接，可通过电力通信、无线传输等方式和电网通信，将各项数据传递到电网中心进行处理。
在嵌入式系统的控制下，可以实现各种计费功能的实时记录和计算，为电网管理带来了极大的便利。
2. 智能监测智能监测也是智能电网不可或缺的一部分。
嵌入式系统在智慧电网中的应用研究
嵌入式系统在智慧电网中的应用研究第一章绪论随着经济的发展，人们对能源的需求越来越高，出现了以“智慧电网”为代表的新型能源系统。
智慧电网利用传感器、通信技术、计算技术等技术手段，实现对电网能源的全方位监测、智能化控制，提高了能源的利用效率和供电的质量。
而嵌入式系统作为一种集成了硬件、软件和电路的微型计算机系统，具有高性能、低功耗、小体积等特点，为智慧电网的可靠监测、流通、控制等提供了有效的技术支持，成为智慧电网系统必不可少的重要组成部分。
第二章智慧电网中的嵌入式系统智慧电网以信息技术为基础，集成了传感、通信、计算、控制等多项技术手段，实现了对能源的智能化综合管理。
其中，嵌入式系统可以对电网的可靠监测、流通、控制、管理等各个环节进行全面覆盖，充分发挥自身的优势。
1. 嵌入式系统在电网监测中的应用当前，随着电网安全事故、故障事故的频繁发生，电网可靠性成为智慧电网系统的首要考虑因素。
嵌入式系统将各类传感器、采集、存储、传输等数据处理设备进行集成，可以实时监测电网各个细节数据，为设备健康状态评估、故障预警、保障电网安全优化提供必要支持。
2. 嵌入式系统在电网流通中的应用智慧电网最主要的目的之一就是实现“节约”的原则，在电网流通环节中，嵌入式技术可以协助电力企业精准掌握电流、电量的流动情况，及时发现流通过程中的问题，降低电损的出现情况，实现能源的节约利用。
3. 嵌入式系统在电网控制中的应用智慧电网需要在电力生产、输配、交易等方面进行全面的控制和管理，嵌入式系统为电网各个控制环节提供了计算、通信、执行等功能，可实现对电力设备状态监测、协调各类能源设备、实现电量的优化分配等功能，提高电网控制和管理水平。
4. 电网管理中嵌入式系统的应用嵌入式系统可以处理大量数据，并比较实时的进行数据上报，配合云计算等技术，实现对电网管理过程的智能化，包括自动化管理、故障诊断、操作流程优化等。
第三章嵌入式系统在智慧电网中的实际应用案例随着嵌入式技术的不断发展，越来越多的企业和组织开始将嵌入式技术应用到智慧电网中，提高所在地区的能源统计数据和用电安全程度。
基于嵌入式的电能表集中抄表系统的设计
１ ．采用 Ｃ Ｎ总线作为系统通信平台的小区或部 Ａ
分城 区的 自动抄 表系统 ， 解决 了现有抄表系统存在的 下作 量大 、 抄表不方便 、 效率低等缺点。系统采用 ＝星 Ｌ Ｃ ２ ４ ｉ Ｐ ２ １
技 术 、 信 技 术 和 微 处 理 器 的 飞 速 发 展 ， 文 设 计 了一 种 通 本 ２ 通信 模 块 硬 件 设 计
２１芯 片选 择 ．
１微 处 理 器 ： 处 理 器 选 Ｈ 的是 Ｐ ＬＰ ） 微 ｊ ＨＩＩＳ公 司 生 产 的
Ａ Ｍ Ｒ ７处理 器 Ｌ Ｃ ２ ４ 它 是基于一个支持实时仿真 和跟 Ｐ ２ １，
量， 系统 结 构 如 １ 所示 。
器， 可以用高达 １ ｂ ｓ ｐ 的位速率保证系统的通信速率 ， Ｍ 而差 动发送和接收功能的两个总线终端 Ｃ Ｎ Ａ Ｈ和 Ｃ Ｎ Ａ Ｌ连接 到
系统 的通 信 线上 ， 可保 证通 信 的可 靠性 和 稳定 性 。 则
２２电路 设计 ．
图 ２所示为系统通信模块原理图 ，电路由微控制器 ，
片， 在硬件上保证 了系统的稳定性 、 可靠性和通信距离等 ， 而基于 Ｖ Ｃ开发的系统管理软件使 系统具 有丰富的抄表 、 管理 、 统计 、 报表 、 分时付 费等功能 。 关键词 ： 自动控制 ； 嵌入式 ； Ａ Ｃ Ｎ总线 ； 信模块 ； Ｃ ． 通 Ｖ６ ０
中图 分 类 号 ：Ｐ ７ Ｔ ２３ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ８ ８ ８ （ ０ ０）４ ０ ７ — ２ １０ — ８ １２ １ ０— １８ ０
（Ｓ嵌入的高速 Ｆａｈ存储器 。 ２ ｋ） ｌ ｓ １８位宽度 的存储器接 口和
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低压电器（２０１１№．３）·智能电器·基于嵌入式系统的智能电表设计与研究
静恩波
（中国民航机场建设集团公司，北京１００１０１）
摘要：ＭＡＸＱ３１８０计量芯片为例。
概述了智能电表的发展和研究现状做，以ＡＴ－
ｍｅｇａ６４Ｌ和ＳＴＭ３２Ｆ１０７ＡＲＭ嵌入式控制器为主机的智能电表的软、硬件设计及低功耗
设计方法，并详述了智能电表的防窃电技术。
关键词：智能电网；智能电表；低功耗；计量芯片
中图分类号：ＴＭ９３３．４文献标志码：Ｂ文章编号：１００１－５５３１（２０１１）０３－００２６－０５ＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＳｍａｒｔ
ＭｅｔｅｒＢａｓｅｄＯｉｌ
ＡＲＭＳｙｓｔｅｍ
ｒｉＮＧ眈６Ｄ静恩波（１９６４一），男，高级工程师，从事机场供配电系统的规划设计和研究工作。
（ＣｉｖｉｌＡｖｉａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａＡｉｒｐｏｒｔＣｏｎｓｔｒｕ．ｃｔｉｏｎＧｒｏｕｐＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１０１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴａｋｅＭＡＸＱ３１８０ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅｓｔａｔｕｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｍａｒｔｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｅｘｐｏｕｎｄｅｄ，Ｔｈｅｈａｒｄｕａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｓｍａｒｔｍｅｔｅｒｓａｎｄｌｏｗ－ｐｏｗｅｒｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈｔｏｏｋＳＴＭ３２Ｆ１０７ＡＲＭｅｍｂｅｄｄｅｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｔｈｅ
ｈｏｓｔ．Ｔｈｅａｎｔｉ—ｔａｍｐｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｓｍａｒｔｍｅｔｅｒｓｗａｓｅｘｐｏｕｎｄｅｄｉｎｄｅｔｍｌ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：￥ｎｌａｒｔｇｒｉｄ；ｓｍａｒｔｍｅｔｅｒ；ｌｏｗｐｏｗｅｒ；ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｃｈｉｐ
０引言
智能电表是微控制器技术、专用集成电路技术、工业控制网络技术和软件等多种技术共同发展的结果。
其应用领域十分广阔，涉及电力系统，工业生产控制、智能小区、网络化家电等各行各业，具有良好的发展前景¨］。
智能电表技术的发展与成熟将会给人们的生产生活带来深远的影响。
ｌ智能电表及其研究现状
智能电表是现代计算机技术和现代测量技术相结合的产物，它具有自动校正、自动补偿、数据自动储存、运算、逻辑判断、自动操作以及远程网络传输等能力和功能，能够完成一些需要人类的智慧才能完成的工作，在现代企业中得到大规模的使用。
随着科学技术的不断发展进步，仪表系统的应用要求也在不断提高，复杂的工业化现场促使仪表朝着更高的要求发展，如网络化、微型化、智能化等。
随着大规模工业化装置对自动化控制水一２６一平及安全运行要求的不断提高，促使智能电表在电力自动化领域中得到了更为广泛和大规模的应用。
首先，电力用户对于能源及物耗成本的计量要求、控制精度的要求、减轻现场作业量（工艺操作和仪表维护）的要求无一例外的将扩大智能电表的应用市场。
此外，电力仪表行业的自身发展已经趋于智能化。
这一点无论是中国还是全球，仪表产品的高科技化、高智能化已经成为必然的发展趋势。
相比之下，国产智能化仪表无论是设计还是制造都明显弱于国际先进水平，国内电力自动化用户在智能电表的使用经验方面也相对积累较晚、较少，这些现状表明我国智能电表的应用还只是处于一个初级阶段，而由此也带来了相对较多的应用问题。
智能电表在我国虽然起步较晚，但发展非常迅速，开发潜力巨大，市场极其广阔。
现在智能电表往往两种架构来进行设计：
其中一大类是使用通用芯片来架构。
随着ＭＣＵ、ＡＲＭ、ＤＳＰ、ＣＰＬＤ、ＦＰＧＡ等通用硬件以及硬件新用法的引入，无论是在功能上还是在性能上
均为系统设计获得了很大的灵活与选择余地，使
万方数据
万方数据
万方数据
万方数据
万方数据
基于嵌入式系统的智能电表设计与研究
作者：静恩波， JING Enbo
作者单位：中国民航机场建设集团公司,北京,100101
刊名：
低压电器
英文刊名：LOW VOLTAGE APPARATUS
年，卷(期)：2011(3)
1.徐爱钧智能化测量控制仪表原理与设计 2003
2.Max im Integrated Products,Inc MAXQ3180.pdf 2009
3.ST Microelectronics Group of Companies STM32F105_107.pdf 2009
4.袁野电能计量领域的多功能低功耗设计[期刊论文]-电子技术应用 2008(11)
5.侯鑫AVR单片机中断应用设计要点 2008(11)
6.静恩波智能电网发展技术综述[期刊论文]-低压电器 2010(06)
1.陈东红以人为本,智慧校园规划——学生公寓智能化规划研究[期刊论文]-安徽建筑 2011(3)
2.唐文亮.全惠敏.夏清文基于71M6542F的高精度智能电表的设计[期刊论文]-电子技术应用 2011(12)本文链接：/Periodical_dydq201103008.aspx。