电工仪表及测量 教学课件 作者 周启龙 7第七章 智能电能表.ppt

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1、第七章智能电能表第一节智能电能表硬件结构一、简单智能电能表的硬件结构二、复杂智能电能表的硬件结构第二节智能电能表软件与算法一、有功功率P和无功功率Q的计算方法二、电能量的计算方法第三节智能电能表网络通信技术一、电能表串行通信二、几种串行通信的物理标准三、低压载波通信四、无线传感网络通信五、GPRS通信第四节智能电能表的功能及其发展一、复费率电能计量功能二、预付费电能计量功能三、网络通信功能四、控制功能五、人机交互功能六、双向电能计量功能思考题第七章智能电能表按仪器仪表出现的先后顺序和先进性，可将仪器仪表划分为三大类产品。第一类产品是模拟式仪器仪

2、表,这种仪表至今仍被在各种场合使用。比如指针式的电压表、电流表、功率表等等。第二类产品是数字式仪器仪表，它在准确度和灵敏度等各方面都远远优于模拟式仪表。这类仪器仪表的基本原理是将模拟量变为数字量，采用逻辑运算硬件电路实现测量功能。第三类产品是智能仪器仪表，它的基本原理是借助微处理器（CPU）或计算机（PC）采用软件替代部分硬件实现逻辑运算与数据传输、存储等功能，所以也称之为微机化仪器仪表。它具有数据采集、显示数字处理及优化和控制功能。智能仪器仪表将朝开放仪器的体系结构（PC仪器系统）、网络化仪器和虚拟仪器方向发展，是当前仪器仪表发展的重要趋势。

3、在上世纪70年代初、中期，计算机本身出现了重大突破，大规模集成电路技术飞速发展,微处理器和微机进入了实用阶段，而且价格大幅度下降，可靠性又大为提高。在电能表设计和制造的过程中，随着微处理器(简称CPU)的引入仪表内部，使电能表具有了控制、存贮、运算、逻辑判断及自动操作等智能性能，并在测量准确度、灵敏度、可靠性、自动化程度、运算功能和解决测量技术问题的深度及广度等方面都有了巨大进步。当然，智能电能表是一个发展的概念，在广义上，智能电能表可以定义为内置微处理器的电能表，它具有测量过程控制的软件化、数据处理能力和功能多样化的特点，从而使电能表硬件结构

4、变得简单，体积与功耗减小，测量准确度提高。在狭义上，随着电子信息技术的飞速发展，智能电能表可以定义为是具有电能计量、信息存储和处理、网络双向通信、实时监测、自动控制以及信息交互等功能的电能表。智能电能表的种类：智能电能表可以按照等级、通信方式等内容进行分类。1）按照等级分类，包括0.2S、0.5S、1级和2级。2）按照负荷开关分类，包括内置和外置负荷开关两类。3）按照通信方式分类，包括载波、GPRS无线、RS-485总线等类型。4）按照费控方式分类，包括本地费控和远程费控两类。第一节智能电能表硬件结构智能电能表，即内置微处理器的电能表的硬件结构

5、可简可繁，以适应不同应用场合的实际需要。其简单的结构应包括输入电路、采样保持电路、A/D转换电路、RAM、EPROM、微处理器、监控输出、键盘、日历时钟、读卡电路和显示器等。复杂的硬件结构还可包括专用计量芯片、通讯接口等。一、简单智能电能表的硬件结构简单的智能电能表的硬件结构如图7-1所示。下面介绍各部分的功能。1）微处理器（MPU）：微处理器是将计算机的CPU、RAM、ROM、定时/计数器和I/O接口集成在一片芯片上形成的芯片级微计算机。微处理器是仪表的核心，它根据编制的程序完成数据传送、各种数学计算等功能。目前MPU的品种繁多，选择合适的M

6、PU对降低仪表造价、简化硬件结构是至关重要的。智能电能表广泛应用的微处理器有以下几种类型。图7-1简单的智能电能表的结构图①MCS系列单片机：八位MPU（例如MCS-51系列单片机），对一般智能仪表均能满足要求，但对某些实时控制、信号处理等要求较高的精度或速度时，常采用16位（如MCS-96系列）或32位的CPU。②PIC系列单片机：美国Microchip公司的8位PIC系列产品具有实用、低价、省电和高速等特点，其最主要的特点是具有一次烧结的低价位OPT芯片，其中PIC16C71单片机内部集成了四路模拟量输入、采样保持、8位A/D转换器，1k程

7、序空间、36字节通用RAM，其A/D转换在20微秒内即可完成；PIC16C84单片机内存有64字节EEPROM型数据存储器。③瑞萨单片机：瑞萨单片机很多型号集成了A/D转换器、A/D比较器、D/A转换器、RTC模块、上电复位（POR）、低电压检测（LVD）等，适合电能表的应用。④MSP430单片机：MSP430FG4619为美国德州仪器（TI）公司推出的16为超低功耗、高性能MSP430系列单片机之一。具有低功耗特性，高度集成，大大降低故障率，在成本、体积、稳定性等方面有优势，适用于智能电能表领域。⑤MZ系列单片机：MZ系列是由飞思卡尔半导体公

8、司推出的微处理器。在微处理器增强外围设备、提高性能、增加存储量、低功耗和改进系统安全等方面具有优势。2）智能电能表存储器：智能电能表存储器有RAM和R