单片MSP430F5438A在三相电力测控仪表中的设计应用_开题报告

1. 选题背景和与意义：

电力是我们日常生活和工业生产中的主要基础能源，在现代社会中起着非常重要的作用。它不仅是关系国家工业生产的战略大问题，而且与人们的日常生活、社会稳定有密切关系。各种家用电器以及大规模用电设备的使用，电力系统越来越复杂，由此也带来了各种各样的新问题。各种新型用电设备对电能质量的要求越来越高；同时由于扰动负荷(如非线性、冲击性或不对称负荷)接入电力系统或其他扰动源(如系统短路故障)存在，造成了大量的电能质量问题。这就要求供电部门和用户能够对某一节点的电网运行情况进行实时监测，根据电网运行情况采取相应措施，提高电能质量。 

    随着电力行业测量与管理的自动化、智能化和网络化逐步推进，作为电力管理系统组成部分的电力测控仪表也起着越来越重要的作用。电网参数的测量与监控不仅一直受到广泛的关注和重视，同时也关系到电力管理水平的提升及电力用户的切身利益。因此，研制一种多功能的电力测控仪表就具有非常重大的意义。它不但要能对如电压、电流、功率、功率因数、电能和频率等重要的电力参数进行实时检测和计量，还应该具有初步的数据分析功能、友好的人机交互功能和完备的通信功能等。

长期以来，电力系统中的各种参数都有相对应的专用电表，其主要功能是单参数显示和记录，仍然脱离不了单一功能、单一参数的特征，使得电力系统布线配置过于庞杂，运行自动化程度低，故障查找及维修都比较田难。本设计的三相电力测控仪表能做到一表多用，可集中测量电压、电流、频率、有功无功功率、 有功无功电度、功率因数等多种参数。从而简化测量系统的布线配置，增强系统的可靠性、可维护性；另外，该电力测控仪表能将各电力节点的电力数据实时地传送给其他计算机，可实现计算机实时监测、处理。

   

2. 国内外研究动态及发展趋势

智能化技术是仪器仪表和测控设备的发展方向，现代工业生产的复杂性、高效率、高精度、多参数促成了这一点。国内外产品普遍具有强大的智能化功能，如具有自动切换量程、对主要元器件自检测、故障后自诊断功能，具有进行复杂运算和自动补偿误差的能力，能够适应复杂控制，并可灵活改变功能和扩展模块等。

智能化电力测控仪表的发展尤为迅速。一方面，新的技术不断问世，带动了智能仪表产业的发展，层出不穷的新型智能仪表被应用到化工、冶金等工业领域；另一方面，经济和社会的发展带动了对智能仪器仪表的消耗，世界上对智能仪表需求增长速度为3％、4％，而在国内市场上，始终保持着20％的增长，更大更复杂的工艺流程始终保持着对智能仪表的旺盛需求。

网络技术支持着测控技术、仪器设备不断满足工业生产的需求，因此网络化成为智能仪表发展的另一个方向。计算机网络发展迅猛，其中Internet为主要代表，有线、无线网络技术不断进步，使网络通信变得容易，Internet拥有的软硬件资源正在应用于更多工业领域。如，远程数据采集与远程设备控制、智能监控资源远程实时使用、故障设备远程诊断等。

3. 本^范文主要研究工作及基本框架

本课题主要以单片机MSP430F5438A为主控芯片对能精确测量电能并具有智能管理功能的电力测控仪表的设计方法进行研究，研究的具体内容如下。

    a、实现三相电量精确测量，所有测量参量达到0.5级精度要求的具体方法。此处涉及到硬件电路包括计量采样调理等外围电路的准确设计、一些计量参数的算法实现方法。

b、实现键盘显示及通讯的具体方法。涉及到的研究内容有：数据存储的实现方法、键盘显示的实现、仪表通过RS485与上位机通信实现方法、仪表通过通过4-20mA直流输出测量参量给其他设备的实现方法。

c、原理图设计、PCB布局等影响测量精度及抗干扰性能因素的研究。

本设计没有采用专用计量芯片，而是采用单片机集成的多路复用ADC对采样后的模拟信号转化为数字信号后，由MSP430F5438A由来实现全部的计量算法，优点是降低了成本和印刷电路板面积，但相对于采用专用计量芯片来讲对计量电路的外围设计和计量的理解和实现反而提出了更高的要求。另外由于因本课题为工业级产品设计，抗干扰能力成为了设计十分重要的一环。

该设计已实现产品化，电压、电流、频率、功率因数、有功无功的功率及电能计量等参量全部满足0.5级要求，可以说挖掘出了单片机MSP430F5438A数字及模拟部分性能的潜力。同时其抗干扰性能包括EFT、ESD、Surge等全部满足工业级产品要求。

二、^范文提纲

1. 引言

1．1 研究意义

1．2 研究内容

1．3 预期目标

2. 概述

2．1 工作原理

2．2 功能概述

3. 硬件实现

3．1 单片机主体部分设计

3．2 计量外围部分设计

3. 3 键盘显示部分设计

3．4 通讯部分

3．5 电源部分

4. 软件实现

4．1 计量部分

4．2 通讯、键盘及显示部分

5. 抗干扰性能问题研究

5．1 EFT问题的解决

5．2 ESD问题的解决

5．3 Surge问题的解决

6. 测试

6．1 计量性能的测试

6．2 通讯性能测试

6．3 抗干扰能力测试

7. 结束语

三、参考文献

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