三相电能表ONU模块的设计与实现

智能三相表计量模块设计及实现张俊婷; 纪志坚【期刊名称】《《自动化与仪表》》【年(卷),期】2019(034)009【总页数】6页(P56-61)【关键词】智能三相电表; 电源模块; MCU模块; 计量模块【作者】张俊婷; 纪志坚【作者单位】青岛大学自动化学院青岛 266071【正文语种】中文【中图分类】TP216在国家一带一路政策发展鼓励下，电网等企业逐步走向世界，与世界接轨，这对智能电能表的要求更加严格，尤其是对电能表的准确计量性[1]。

传统的电能表计量误差偏大、不准确，这将严重影响电网企业等的利益；其次是计量模块运行时抗干扰能力差，通讯能力差[2]。

本文采用的计量芯片HT7038 计量更加准确，抗干扰能力强，功耗低，而且集成了其他功能，如用电信息存储和处理、信息交互、实时监控等功能[5]。

1 电源单元设计及介绍1.1 电源芯片HT7540 简介HT7540 是合泰的一款三端低功耗电源芯片，输出电流可达到100 mA，允许输入的电压高达30 V。

内部结构如图1 所示[3]。

图1 HT7540 内部结构图Fig.1 HT7540 internal structure这款芯片具体优点概括如下[4]：①低功耗；②低压降；③较低的温度系数；④高输入电压（高达30 V）；⑤静态电流1 μA；⑥大电流输出：100 mA；⑦输出电压精度：±2%1.2 电源电路设计电源的设计需保证电表能在断电的情况下，数据不丢失。

本文的电源设计充分的考虑到了这一点，采用了双电池供电，具体电路设计如图2 所示。

外部电源供电+12 V，电源输入经过电解电容EP1、电容CP1 和电容CP3 滤波之后，再经过稳压芯片UP1 输出，经过滤波电容CP2，得到+4 V 电压，在经过二极管DP2 降压得到+3.3 V 电压，为计量芯片和MCU 提供电源[6]。

二极管DP1 的作用主要是当外部有电时，不受外部电源影响，能够保证电池的安全可靠性能。

配电自动化ONU配电自动化ONU是一种基于光纤通信技术的智能电力配电设备，它能够实现对电力系统的远程监控、故障检测和自动化控制。

下面将详细介绍配电自动化ONU的功能、工作原理以及应用场景。

一、功能介绍配电自动化ONU具有以下主要功能：1. 远程监控：通过与配电自动化系统的通信接口，可以实时监测电力系统的运行状态，包括电流、电压、功率因数等参数的监测。

2. 故障检测：配电自动化ONU能够检测电力系统中的故障，如短路、过载等，并及时报警，以便运维人员能够快速采取措施进行修复，提高电力系统的可靠性。

3. 自动化控制：配电自动化ONU可以根据预设的运行策略，自动控制电力系统的运行，实现对电力设备的远程开关、调节和保护等功能。

二、工作原理配电自动化ONU通过光纤通信技术与配电自动化系统进行数据交互。

其工作原理如下：1. 数据采集：配电自动化ONU通过连接到电力系统的传感器，采集电流、电压、功率因数等参数的数据，并将其转化为数字信号。

2. 数据传输：配电自动化ONU将采集到的数据通过光纤通信技术传输到配电自动化系统，以便进行进一步的处理和分析。

3. 数据处理：配电自动化系统接收到配电自动化ONU传输的数据后，对数据进行处理和分析，包括故障检测、运行状态监测等。

4. 控制指令下发：配电自动化系统根据处理结果生成相应的控制指令，并通过光纤通信技术将指令传输给配电自动化ONU。

5. 控制执行：配电自动化ONU接收到控制指令后，根据指令进行相应的操作，如开关设备、调节参数等。

三、应用场景配电自动化ONU广泛应用于各类电力配电系统中，特别适用于以下场景：1. 城市电网：配电自动化ONU可以实现对城市电网的远程监控和自动化控制，提高电网的可靠性和稳定性。

2. 工业用电：配电自动化ONU可以对工业用电设备进行远程监控和故障检测，及时发现和解决问题，提高生产效率。

3. 商业建筑：配电自动化ONU可以实现商业建筑的用电管理，包括用电量监测、用电设备控制等，提高能源利用效率。

配电自动化ONU一、引言随着科技的发展和社会的进步，配电自动化成为了电力系统的重要发展方向。

作为配电自动化的关键组成部分，ONU（Optical Network Unit，光网络单元）在实现高效、可靠的电力传输和分配中起到了举足轻重的作用。

本文将对配电自动化ONU进行深入的探讨。

二、ONU的定义与功能ONU的定义：ONU是指与用户设备直接相连的光网络终端设备，具有光电转换、复用/解复用、业务处理等功能。

ONU的功能：ONU主要承担着用户端的数据处理与传输任务，如宽带上网、VoIP语音通信、IPTV等业务的数据传输和处理。

三、ONU的技术特点高速传输：ONU支持多种传输速率，如1Gbps、10Gbps等，可以满足各种业务对带宽的需求。

宽带公平接入：ONU支持宽带公平接入，保障用户可以公平地接入和使用带宽资源。

高效可靠：ONU采用光信号传输，具有较高的传输效率和可靠性。

兼容性强：ONU可以与多种不同的OLT（Optical Line Terminal，光线路终端）设备兼容，方便网络的升级和扩展。

四、ONU的应用场景居民区：ONU可以部署在居民小区的楼道或用户家中，为用户提供高速、可靠的宽带接入服务。

商业区：ONU可以部署在商业楼宇、商场等场所，满足商业用户对高速数据传输和多媒体业务的需求。

工业园区：ONU可以部署在工业园区内，为园区内的企业提供高速、可靠的数据传输服务。

五、ONU的部署方式分散式部署：在用户较为分散的区域，可以采用分散式部署方式，将ONU部署在用户附近，以降低线路成本和传输损耗。

集中式部署：在用户较为集中的区域，如商业区、居民小区等，可以采用集中式部署方式，将多个ONU汇聚到一起，通过光纤接入到OLT设备，以实现高效的数据传输和管理。

室外机柜部署：在室外环境较为恶劣的区域，如工业园区等，可以采用室外机柜部署方式，将ONU放置在室外机柜中，以保证设备的可靠运行。

六、ONU的发展趋势高集成度：随着技术的发展和需求的提升，ONU设备的集成度将会越来越高，体积更小、功能更强大。

三相远程费控智能电能表设计三相远程费控智能电能表设计随着电力系统的发展和智能电网的建设，电能表作为电力系统中重要的计量设备，逐渐向远程智能化方向发展。

在此背景下，本文将介绍一种三相远程费控智能电能表的设计。

1. 引言传统电能表只能进行简单的电能计量，无法满足现代电力系统的需求。

随着电力系统的发展，需要对电能进行更细致、精确的计量，并实现远程数据采集和费控功能。

因此，设计一种能够满足这些要求的三相远程费控智能电能表具有重要的意义。

2. 硬件设计该远程费控智能电能表由电能测量模块、数据采集模块、远程通信模块和费控模块组成。

电能测量模块采用高精度电流互感器和电压互感器进行电流和电压的测量。

数据采集模块通过AD转换器将测量得到的电流和电压转换为数字信号，并进行数据处理和存储。

远程通信模块采用GPRS无线通信技术，实现与电力公司的远程通信。

费控模块利用计量数据和通信功能，实现对用户用电量和电费进行管理和控制。

3. 软件设计软件设计包括电能计量算法、远程通信协议和费控算法。

电能计量算法根据测量得到的电流和电压数据，计算出用户的用电量。

远程通信协议采用标准的通信协议，实现电能表与电力公司服务器之间的数据交互。

费控算法根据用户的电费余额和设定的电费阈值，实现对用户用电量的控制和告警功能。

4. 功能特点该三相远程费控智能电能表具有以下功能特点：4.1 高精度计量功能：采用高精度电流互感器和电压互感器，实现对电流和电压的精确测量。

4.2 远程数据采集功能：通过GPRS无线通信技术，实现与电力公司服务器之间的远程数据采集。

4.3 费控功能：通过费控模块，实现对用户用电量的管理和控制，避免用户欠费问题。

4.4 远程监控功能：通过远程通信模块，实现对用户用电情况的远程监控，及时发现用电异常问题。

4.5 数据存储功能：通过数据采集模块，实现电能数据的存储和查询功能。

5. 应用前景该三相远程费控智能电能表在电力供应系统中具有广阔的应用前景。

配电自动化ONU引言概述：配电自动化ONU（Optical Network Unit）是一种用于配电系统的自动化设备，通过使用先进的通信和控制技术，实现对配电网络的监测、管理和控制。

本文将从五个方面详细阐述配电自动化ONU的重要性和优势。

一、提高配电系统的可靠性和稳定性1.1 自动化监测：配电自动化ONU能实时监测配电系统的电压、电流、功率因数等参数，通过数据采集和分析，及时发现异常情况并进行预警。

1.2 故障诊断：配电自动化ONU能对配电系统进行故障诊断，通过智能算法分析，准确判断故障位置和类型，提高故障处理的效率。

1.3 自动切换：配电自动化ONU能根据实时监测的数据，自动切换电源路径，实现对配电系统的自动恢复和保护，提高系统的可靠性和稳定性。

二、提高配电系统的运行效率和节能减排2.1 负荷管理：配电自动化ONU能对配电系统的负荷进行实时监测和管理，根据负荷情况进行智能调度，实现负荷均衡，提高系统的运行效率。

2.2 节能控制：配电自动化ONU能对配电系统的设备进行智能控制，实现设备的合理运行和节能控制，降低能耗和运行成本。

2.3 数据分析：配电自动化ONU能对配电系统的历史数据进行分析和统计，提供决策支持，帮助优化配电系统的运行策略，实现节能减排。

三、提升配电系统的安全性和防护能力3.1 安全监测：配电自动化ONU能实时监测配电系统的电气参数，检测潜在的安全隐患，及时发出警报并采取措施，保障人员和设备的安全。

3.2 防护控制：配电自动化ONU能对配电系统的设备进行智能控制和保护，如过载保护、短路保护等，防止设备损坏和事故发生。

3.3 安全管理：配电自动化ONU能对配电系统的运行状态进行实时监测和管理，提供安全管理功能，如权限控制、事件记录等，保障配电系统的安全稳定运行。

四、提供配电系统的远程监控和管理能力4.1 远程监测：配电自动化ONU能通过网络实现对配电系统的远程监测，无需人工巡检，减少人力成本和工作风险。

配电自动化ONU配电自动化ONU（Optical Network Unit）是一种用于配电系统的自动化设备。

它通过与配电设备和传感器的连接，实现对配电网络的监测、控制和管理。

以下是配电自动化ONU的标准格式文本：一、介绍配电自动化ONU是一种先进的配电系统管理设备，它采用光纤通信技术，与配电设备和传感器实现实时数据传输和控制。

通过配电自动化ONU，用户可以实时监测配电系统的状态、实施远程控制和智能管理，提高配电系统的可靠性、安全性和效率。

二、功能特点1. 实时监测：配电自动化ONU可以实时监测配电设备的电流、电压、功率等参数，通过数据采集和处理，提供准确的配电系统状态信息。

2. 远程控制：配电自动化ONU支持远程控制功能，用户可以通过网络平台或手机APP实现对配电设备的远程开关、调节和故障处理等操作。

3. 报警管理：配电自动化ONU可以根据预设的阈值，实时监测配电系统的参数，并在异常情况下发出报警信息，提醒用户及时采取措施。

4. 数据记录与分析：配电自动化ONU可以记录配电系统的历史数据，并提供数据分析功能，帮助用户了解配电系统的运行状况和趋势，提供决策支持。

5. 配电系统管理：配电自动化ONU可以实现对配电系统的智能管理，包括负荷管理、电能计量、设备状态监测和故障诊断等功能。

三、应用领域配电自动化ONU广泛应用于各类配电系统，包括工业厂房、商业建筑、住宅小区等。

它可以与配电开关设备、电能表、温度传感器等配电设备配合使用，实现对配电系统的全面管理和控制。

四、技术参数1. 光纤接口：支持单模光纤和多模光纤接口，满足不同配电系统的需求。

2. 通信协议：支持TCP/IP、MODBUS等通信协议，与其他设备的兼容性强。

3. 工作温度：-10℃~+60℃，适应各种环境条件。

4. 供电方式：支持交流电源和直流电源供电，保证设备的稳定工作。

5. 安全性能：具备防雷击、防静电、防干扰等安全保护功能，确保设备的可靠性和稳定性。

摘要本设计阐述了该三相多费率电能表的解决方案，系统主控制器采用片内资源丰富、抗干扰能力较强的PIC18F452单片机，具有对三相电能分时段计量的功能，并且还集成了时段管理、RS-485抄表接口等智能化的电能管理手段。

首先介绍了三相电能表的选题背景，然后给出了设计的总体方案，并对系统所采用的专用芯片如时钟芯片DS1302、ATT7026、MAX485等进行了简要的介绍。

并分别从硬件或软件的角度描述了电能计量、按键设计、同步脉冲等模块的实现细节，论述中涉及到了信号变换和隔离、电能累加和时段控制算法以及各种通信方式的软硬件实现。

文中对三相多费率电能表的时钟准确性及抗干扰设计也有很详细的介绍。

关键词：三相多费率电能计量 PIC18F452单片机 ATT7026 时钟芯片AbstractThis design elaborated this three-phase multi-tariff electrical energy table's solution, the system master-control unit uses the internal fruitful in resources, theAnti jamming ability strong PIC18F452 monolithic integrated circuit, has divides the time interval measurement to the three-phase electrical energy the function, and also integrated the time interval management, RS-485 to copy intellectualized and so on table connection electrical energy management tools.First introduced the three-phase electrical energy table's selected topic background, then has given the design overall concept, and special-purpose chip like clock chip DS1302 which, ATT7026, MAX485 uses to the system and so on have carried on the brief introduction. And separately described modules and so on electrical energy measurement, pressed key design, synchropulse from the hardware or software's angle to realize the detail, in the elaboration involves the signal translation and the isolation, the electrical energy accumulation and the time interval control algorithm as well as each kind of mailing address software and hardware realizes. In the article also has the very detailed introduction to the three-phase multi-tariff electrical energy table's clock accuracy and the antijamming design.Key word:tri-phase multi-rate energy metering PIC18F452MCU ATT7026 real-time clock目录摘要 (1)第一章绪论 (5)1.1选题背景 (5)1.2选题依据 (6)第二章设计的内容与要求 (8)2.1毕业设计的内容 (8)2.2设计实现的主要功能 (8)2.3主要技术指标 (8)第三章系统的组成及工作原理 (9)3.1方案设计 (9)3.1.1三种方案 (9)3.1.2方案的比较 (12)3.1.3总体方案的确定 (13)3.2系统工作原理 (14)3.2.1系统原理 (14)3.2.2设计可以实现的主要功能 (15)3.2.3.多时段电能测量原理： (15)3.3系统的功能模块 (17)第四章系统的硬件设计 (19)4.1硬件组成 (19)4.1.1PIC18F452单片机 (19)4.1.2选择PIC18F452单片机的优点 (19)4.2功能模块的设计 (20)4.2.1电能参数采集电路的设计 (20)4.2.2电能计算及电能计量芯片ATT7026的设计 (23)4.2.3 RS485通讯电路的设计 (28)4.2.4实时时钟芯片电路的设计 (30)4.2.5 掉电检测的设计 (36)4.2.6.用户按键的设计 (37)4.2.7.显示模块设计 (38)4.2.8抗干扰技术的设计 (39)4.2.9直流稳压电源的设计 (41)第五章系统的软件设计 (46)5.1系统软件需求分析 (46)5.2流程图分析 (47)5.3软件流程 (50)第六章结论 (55)附录A (56)附录B (74)参考文献 (76)外文文献翻译 (77)致谢 (94)第一章绪论1.1选题背景随着我国经济的飞速发展，各行各业对电的需求越来越大，不同时间用电量不均衡的现象也日益严重。

三相电能表ONU模块的设计与实现的开题报告一、研究背景和意义随着现代化社会的迅速发展，电力行业作为国家经济和社会发展的支柱行业，电能表的广泛使用也变得越来越普遍。

电能表作为电力变化的重要检测设备之一，是电力行业必不可少的关键设备。

目前，主流的电能表都采用了数字化技术和通信技术，特别是串口通信技术，使电能表可以实现电量计量、通信、以及远程抄表等功能。

然而，在航空航天、高速公路等场合，长距离传输电力信号的过程中，由于受到多种电磁干扰，往往会导致信号的衰减和失真，这就严重地影响了电能表的准确度和稳定性。

为了克服这个问题，科学家们提出了一种新的解决方案，即通过光纤传输电力信号，该方案不但可以准确地传输电力信号，而且还可以抵御各种电磁噪声干扰。

由此可知，光纤传输技术的使用在电力行业具有相当重要的意义，为了进一步提高电能表的准确度和稳定性，本研究旨在设计和实现一种基于光纤传输的三相电能表ONU模块。

二、研究内容和步骤本研究主要涉及三个方面：1. ONU模块的设计和制作ONU模块是该研究的核心部分，其主要功能是实现电量计量、通信接口的设计和光纤传输电力信号等。

本项目将围绕设计和实现一种基于光纤传输技术的三相电能表ONU模块，同时考虑到光纤传输技术需要较高的带宽和速度，此外，还需要考虑其抗干扰和抗干扰性能。

这些都需要在设计和制作过程中进行充分的考虑和解决。

2. 光纤传输电力信号的实现本项目所采用的光纤传输技术安全、可靠、稳定，其核心是采用一些专门设备和技术，将电力信号转换成光信号并且通过光纤传输。

通过研究和实验，在光纤传输技术方面进行了深入的研究，制定了一套稳定可靠的电力信号光纤传输方案。

3. 通信接口的设计和实现在电能表的实际使用过程中，通信是一项非常必要的功能之一，它可以实现远程抄表、电价调整和故障报警等功能。

因此，与ONU模块相比，通信接口的设计和实现也是本项目的重要研究方向。

三、研究计划和预期成果本研究计划在18个月内完成，主要计划和研究过程如下：第1个月-第3个月：阅读相关文献、研究和分析目前电能表的发展趋势和应用需求，并确定本研究的研究重点和方向。

一种基于SoC的三相智能电表设计陶军;吕新伟【摘要】设计了一种基于SoC的三相智能电表,采用MK30N512VMD100作为主芯片,使用主芯片内置的ADC进行电压、电流采样,通过程序实现电量计量,并以此为基础实现智能电表的功能.文中介绍了主MCU芯片用于三相智能电表设计的资源,对三相智能电表的硬件和软件设计进行了说明,提供了一整套基于SoC的三相智能电表设计方案.该方案不仅可以提高电表的稳定性和可靠性,同时也降低了电表制造的物料成本和生产成本.【期刊名称】《江苏电机工程》【年(卷),期】2013(032)004【总页数】4页(P38-40,44)【关键词】三相智能电表;SoC;MK30N512VMD100【作者】陶军;吕新伟【作者单位】江苏省电力公司,江苏南京210036;湖南威胜集团公司,湖南长沙410205【正文语种】中文【中图分类】TM633.4智能电网是以特高压电网为骨干网架，以各级电网协调发展的坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化特征，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合的现代电网[1-4]。

智能电表作为智能电网的最终节点，是智能电网的重要组成部分，加快其发展对于电网实现信息化、自动化、互动化具有重要支撑作用[3-6]。

随着微电子技术的发展，电子芯片的集成度得到了极大提高，使得将整个计算机集成到一个芯片，即片上系统（System-on-Chip）成为可能[7]。

SoC不但集成度高，更重要的是具有应用领域的行为和功能特征，具有更多的应用专业知识含量，使整机成本和体积以及功耗都大大降低，加快了整机系统更新换代的速度。

与单功能芯片相比，SoC芯片具有体积小、印制电路板（PCB）空间占用少、功耗低、抗电磁干扰能力强、可靠性高、成本低等优势[7，8]。

同时，采用SoC可以减少外围电路芯片，降低整机成本。