STM32平台下三相智能电表设计及其性能研究
目录
1.内容简述5
1.1研究景与意义6
1.1.1智能电网发展需求7
1.1.2三相电能计量技术现状8
1.1.3STM32微控制器应用优势10
1.2国内外研究现状10
1.2.1智能电表技术研究进展11
1.2.2基于STM32的计量系统设计13
1.2.3三相电能计量算法发展14
1.3研究内容与目标16
1.3.1主要研究内容概述18
1.3.2预期研究目标设定18
1.4论文结构安排19
2.方目关技术木既述20
2.1智能电表基本原理21
2.1.1电能计量基本概念22
2.1.2智能电表功能需求25
2.1.3智能电表通信协议26
2.2三相电能计量方法27
2.2.1三相电能计量原理28
2.2.2有功功率计算方法30
2.2.3无功功率计算方法31
2.2.4视在功率与功率因数35
2.3STM32微控制器体系结构36
2.3.1STM32微控制器特点37
2.3.2关键外设资源介绍38
2.3.3开发环境搭建40
3.三相智能电表硬件系统设计41
3.1整体硬件架构设计46
3.1.1系统功能模块划分48
3.1.2硬件系统总体框图48
3.2主控单元设计50
3.2.1STM32Fxxx型号选择51
3.2.2最小系统电路设计52
3.2.3电源管理电路设计55
3.3信号采集单元设计57
3.3.1电流互感器选型58
3.3.2电压互感器选型60
3.3.3A/D转换电路设计61
3.4通信接口单元设计62
3.4.1RS485通信接口66
3.4.2GPRS通信模块接口66
3.5显示与按键单元设计67
3.5.1LCD显示模块选型69
3.5.2按键电路设计70
3.6硬件系统可靠性设计71
3.6.1抗干扰设计74
3.6.2防雷设计75
4.三相智能电表软件系统设计76
4.1软件系统总体架构78
4.1.1软件功能模块划分79
4.1.2软件流程图设计80
4.2电能计量算法实现82
4.2.1三相电能计量算法83
4.2.2数据处理与滤波85
4.2.3通信协议实现87
4.3人机交互界面设计88
4.3.1显示信’息设计89
4.3.2按键功能实现94
4.4系统定时任务管理95
4.4.1定时器功能配置96
4.4.2任务调度策略98
4.5软件系统可靠性设计99
4.5.1错误处理机制100
4.5.2数据存储与保护102
5.三相智能电表性能测试与分析103
5.1测试平台搭建104
5.1.1测试仪器选型106
5.1.2测试电路连接106
5.2功能测试107
5.2.1电能计量精度测试112
5.2.2通信功能测试113
5.2.3人机交互功能测试114
5.3性能测试116
5.3.1稳定性测试117
5.3.2抗干扰能力测试118
5.3.3功耗测试122
5.4测试结果分析与讨论122
5.4.1测试结果整理124
5.4.2性能指标分析124
5.4.3误差分析与改进措施125
6,结论与展望126
6.1研究工作总结127
6.1.1设计成果概述128
6.1.2性能测试结论129
6.2研究不足与展望130
6.2.1研究中存在不足131
6.2.2未来研究方向132
1.内容简述
（一）景介绍
随着智能电网技术的快速发展，三相智能电表作为电网智能化改造的核心设备之一,
其性能和设计质量直接关系到电力系统的运行效率和用户用电体验。STM32平台以其高
性能、低功耗、丰富的外设资源广泛应用于各类嵌入式系统开发中，本文旨在探讨在
STM3