智能电网毕业设计论文

智能电网毕业设计论文（通用8篇）

篇1：智能电网毕业设计论文

一、课题名称：智能家居客厅调光灯设计与实践

二、指导教师：陈、肖

三、设计内容与要求

1.课题概述

(1)智能家居控制器通过485总线通讯，通过上位机软件控制实现各种调光效果。

(2)系统示意图

2.设计内容与要求

(1)设计并制作智能调光灯一个，具有rs485通信控制功能，能通过智能家居控制器调光;

(2)具有pwm调光功能，光能平稳从弱变强、从强变弱;

(3)具有延时开关灯效果;

(4)具有呼吸灯效果;

(5)能通过上位机软件操作。

3.指标参数要求

1功能指标要求

(1)①兼容原有竞赛设备主控制器通信协议;

(2)②调光光能平稳;

(3)③抗干扰性强，工作稳定，能批量生产。

2工艺要求

(1)原理图规范

(2)pcb板图规范、布局合理

(3)电路板制作工整、美观

(4)软件流程图标准

(5)程序采用结构化设计、可读性强

4. 毕业设计成果

1)毕业设计作品实物。

2)毕业设计(产品设计产品说明书纸质稿一式三份。

3)电子稿毕业设计(产品设计)、产品说明书、作品照片(视频)等。

四、设计参考书

模拟电子技术 高等教育出版社

数字电子技术 高等教育出版社

单片机c语言程序设计北京航空航天大学出版社

单片机原理及应用 中南大学出版社

篇2：智能电网毕业设计论文

智能电网与智能电器

本文介绍了智能电网的概念,以及涵盖的领域和技术,指出智能电器是构建智能电网的基础.根据智能电网建设的要求和电力设备自身发展的需要,归纳了智能电器的`基本特征,以及智能电器需要研究的关键理论与技术,并预测了智能电网中智能电器的发展前景.

作 者：王建华 耿英三 宋政湘 作者单位：西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安,710049刊 名：电气技术英文刊名：ELECTRICAL ENGINEERING年，卷(期)：“”(8)分类号：关键词：智能电网 智能电器 特征 技术

篇3：基于智能电网的智能用户端设计

随着信息时代的来临,如何更高效地利用能源、节约能源,在全球范围内被给予了越来越多的关注,电力行业正面临着诸多新挑战。作为顺应电力发展趋势的产物,智能电网必将掀起一番新浪潮。智能电网是以传统电网为基础,融合计算机、通信、传感等多种技术于一身的新型电网,具有数字化、自动化、信息化和互动化等基本特征[1,2]。

本文主要涉及智能电网的用户端,包括智能电表、智能电器开关以及户内控制系统。三者通过无线通信构成一个用电系统的户内网络,如图1所示。智能电表和智能电器开关将记录的信息发送给户内控制系统,用户通过操作平台实现对户内用电的控制,户内控制系统将控制指令发送给各智能电器开关。

1 智能电表

1.1 智能电表主要功能

1)电能计量:

对多种时段多种费率模式电能分别统计[3],对有功、无功电能使用情况进行计量,测算电能电压、电流、频率、功率因数等丰富信息,从而更好地帮助用户分析用电情况,制定合理的用电规划。

2)电能监管:

与实时费率系统配合,将电能使用量控制在设置的阈值以内。与分布式发电相配合,将其发出的电能并网供给用户直接使用或者由相关机构统一管理,当主电网故障时,与分布式发电管理系统共同协作实现孤岛系统的平稳过渡。与户内控制系统配合对各智能电器进行管理,帮助电网的削峰填谷,提高电力供应可靠性,从而更合理、高效地使用电能。

3)通信系统:

采用双向通信模式,在发送数据信息的同时接受指令信息,比如实时费率标准、电表程序升级设置等一些其他远程操作。

1.2 智能电表硬件设计

根据智能电表的各项功能,设计其结构框图,如图2所示。智能电表包含有控制管理、电源、计量、通信、时钟、数据存储、LCD、LED、按键等模块。

1.2.1 控制管理模块

控制管理模块作为智能电表的核心单元,它的主要作用是将各个模块整合成整体、协调合作。芯片的集成度、功耗以及价位均是需要考虑的因素。在本设计中采用的是Freescale公司的一款8位控制芯片MC9S08LL64,其最大的特点就是超低功耗,并带有内置LCD驱动,适合计量表计。

1.2.2 电源模块

智能电表各模块所需电压为+5 V和+3.3 V两种。从电网接入工频单相交流电,经变压器降压、整流、滤波后,由三端稳压器78L05获得+5 V电源;+5 V电源的另一个支路再经三端稳压器LM1117IMPX-3.3即可获得+3.3 V电源,并将+3 V电池作为后备电源与+3.3 V电源并联,当电网停电时,电池作为后备电源为指定器件供电,从而保证重要数据不丢失。

电表作为一种不间断工作的在线电能计量器件,对可靠性和公平性具有很高的要求。本设计在系统电源输入端串联热敏电阻进行过压保护,并联压敏电阻进行雷击保护。

1.2.3 电能计量模块

目前,电能表的计量芯片有模拟型乘法器和数字型乘法器两种[4]。前者主要分为时分割乘法器和吉尔波特变跨导乘法器两类,后者则根据A/D变换原理不同分成逐次比较型数字乘法器和Σ-△型数字乘法器。Σ-△型电能计量芯片由于其高精度占据了较大的市场份额。

本设计选用ADI公司的一款高精度电能计量芯片ADE7753。它内置数字积分器,具有di/dt微分电流传感器接口,提供有功、无功、视在功率能量值,采样波形以及电压和电流有效值,在1000:1的动态范围内,误差小于0.1%,低功耗,并且具有与SPI兼容的串行接口。

1.2.4 通信模块

目前常用的通信方式有RS485、红外、低压电力载波和无线等[5]。

RS485双绞线通信方式实现较易,但传输距离短、布线复杂、维护困难;红外通信自动化程度低,抄收距离受限,已渐渐退出通信前沿;低压电力载波通过输电线路来实现通信,该方式的最大优点是无需单独布线,但目前在传输距离和信号质量上仍存在一些难题,可靠性稍差;无线通信在许多地区已盛行,其中具有代表性的无线抄表方案有基于GPRS的无线数据接入、基于WLAN(无线局域网)技术的无线接入、基于CFDA技术的无线数据接入技术以及Zig Bee技术。

Zig Bee是近年来发展迅猛的一种无线通信技术[6],是一种基于IEEE 802.15.4无线标准提出的有关组网、安全和应用软件方面的技术标准,用以解决传感器间数据传递和交换。Zig Bee具有网络稳定性好、容量大、安装维护方便、抗干扰能力强、安全性好、功耗低、造价低等特点,适用于电子设备间的无线数据传输。通信模块选用TI公司的芯片CC2530,它是一个真正用于IEEE 802.15.4、Zig Bee和RF4CE应用的片上系统解决方案,能够以非常低的成本建立强大的网络节点,具有很高的灵敏度和较强的抗干扰性。

1.2.5 时钟模块

实时时钟的主要作用是为电表提供精确的时间基准,它与电表的系统误差、电费结算、事件记录等都有一定关联。本设计采用EPSON公司专为中国表计行业设计的一款实时计时芯片RX8025,采用IIC总线通信模式,功耗低且精准度高。

1.2.6 数据存储模块

电表对安全性的要求非常高,一些重要数据丢失将会造成严重后果,因此本设计中,选用Ramtron公司的铁电存储器FM24CL64,它与EEPROM相比,读写速度和耐用性能高出几个数量级,无读写次数限制,且功耗极低,能充分满足智能电表的要求。

1.2.7 其他模块

本智能电表的人机接口部分设计采用段码式LCD显示各种信息;三个LED作报警提示;一个按键供工作人员进行相关调试;并设有开盖检测电路对电表的开盖事件作记录上报,防止非法操作,确保电表安全。

2 智能电器开关

图3即为智能电器开关示意图,它是一个连接用电器和电源的中间设备,由于现阶段电器的智能化尚无法满足构建户内智能网络的要求,因此可将智能电器开关看作一种过渡型器件。

2.1 智能电器开关主要功能

1)对用电器的用电量进行计量;

2)通过无线通信将用电信息上报;

3)接收户内控制系统下发的控制命令,对用电器执行通断等操作。

2.2 智能电器开关硬件设计

图4即为智能电器开关框图,它与智能电表相比少了LCD模块,多了开关模块。

2.2.1 控制管理模块

同智能电表相比,智能电器开关在功能上要少很多,但安装数量较多,因此在设计时经济实用性着重考虑。该模块选用ATMEL公司的一款低功耗8位芯片ATmega8535。

2.2.2 电源模块

智能电器开关接入的是户内供电网络,在电源模块设计时省去了雷击保护,均采用直流+5 V供电,并配有+3 V电池作后备电源。

2.2.3 电能计量模块

由于智能电器开关只需记录电能的使用量即可,其电能计量模块选用ADI的计量功能相对较少一些的芯片ADE7756。

2.2.4 开关模块

用电器电源的通断由微型继电器来实现,MCU的输出信号经过光耦隔离后对继电器进行控制。

2.2.5 数据存储模块

考虑到智能电器开关数据量相对较小,它的存储模块选用价格较为低廉的EEPROM存储。

2.2.6 其他模块

通信、时钟等其他模块均与智能电表相同。

3 户内控制系统

户内控制系统是智能电网新特性的主要体现点之一,有关它的说法较多,有些文献中将其称为户内显示系统(In Home Display)或者户内能源管理系统(Home Energy Management System)[7]。用户通过该平台了解电能使用信息,并结合实时费率等资讯,对各用电器用电情况进行控制,调整自己的用电方案。同时它还具有很高的扩展性,随着其他各领域的发展,户内控制系统将能够集水电气等诸多户内控制于一身,使得今后的家居生活更加智能化、人性化。

3.1 户内控制系统主要功能

1)接收智能电表、智能电器开关发送的大量数据信息并进行实时显示;

2)为用户提供操作平台,使其可获取详细的电能使用情况及其他相关信息,并协助用户分析调整电能的使用;

3)将用户下达的控制指令发送给各用电器。

3.2 户内控制系统硬件设计

如图5即为设计的户内控制系统框图。

3.2.1 控制管理模块

户内控制系统需要处理大量信息,因此需要一个性能优异的芯片才能保证其高效稳定工作。本设计选用TI公司基于ARM核心的LM3S9000系列,主频达80 MHz,性能优异。

3.2.2 电源模块

考虑到便捷性和舒适性,将户内控制系统设计成一款手持式移动设备,采用+3 V电池供电。

3.2.3 显示模块

该模块包括LCD液晶屏、LCD驱动、按键三个部分。LCD驱动芯片为EPSON公司的S1D13517,适合于多种屏幕及分辨率;按键共有八个,分别是电源键、重启键、上下左右四个方向键、确定键、取消/返回键。

图6为模拟的户内控制系统主界面,它包含有电能、电价、用电器、分布式发电等模块。

户内控制系统将接收到的用电信息经过处理,以图表的形式直观的展现出来。用户根据自身情况调整用电方案,用电器模块能够对各用电器的开关进行定时管理。

3.2.4 数据存储模块

户内控制系统的数据存储模块包含MCU的铁电存储器以及LCD的SDRAM显存。

3.2.5 其他模块

时间和通信等其他模块均与智能电表类似。

4 结论

本文以智能电网为背景,结合高级量测体系和通信的发展,对智能电网的智能用户端进行了硬件原理的设计。包括可对电能进行多项精准测量记录并支持实时电价多重费率的智能电表、计量用电器用电情况并根据控制指令进行开关操作的智能电器开关,以及为用户提供控制平台以实现对户内用电网络进行管理的户内控制系统。三者相互配合,从而达到更合理地分配电能、更高效地利用能源的目的。

智能用户端是智能电网中的热点之一,概念新颖,发展潜力巨大,具有极为广阔的应用前景。目前诸多领域尚未形成统一规范,因此在对其进行设计时,还需要不断的探索和实践,以便达到最理想的效果。

摘要：旨在设计基于智能电网的智能用户端系统,主要包括智能电表、智能电器开关和户内控制系统三部分。根据不同需求,采用各异的微控制器作中央控制单元,加以高精度计量芯片作为基础平台,再配合无线通信、LCD显示等诸多外围电路实现对智能用户端的整体构建。三者相互配合,使户内用电网络形成一个有机整体,不仅能精准计量电能,还可以实现各级双向通信和远程控制,用户能够根据实时电价并结合自身用电情况调整用电,从而更加稳定、高效地利用电能。

关键词：智能电网,智能用户端,智能电表,高级量测体系,无线通信

参考文献

[1]余贻鑫.面向21世纪的智能配电网[J].南方电网技术研究,2006,2(6):14-16.YU Yi-xin.Intelli-D-Grid for the21st century[J].Southern Power System Technology Research,2006,2(6):14-16.

[2]栾文鹏.高级量测体系[J].南方电网技术,2009,3(2):6-10.LUAN Wen-peng.Advanced metering infrastructure[J].Southern Power System Technology,2009,3(2):6-10.

[3]殷树刚,张宇,拜克明.基于实时电价的智能用电系统[J].电网技术,2009,33(19):11-16.YIN Shu-gang,ZHANG Yu,BAI Ke-ming.A smart power utilization system based on real-time electricity prices[J].Power System Technology,2009,33(19):11-16.

[4]郭松林,林海军,张礼勇.电子式电能表专用芯片分类及原理[J].电测与仪表,2002,39(442):5-7,52.GUO Song-lin,LIN Hai-jun,ZHANG Li-yong.Classifying of the CMOS chip focus on Watt-hour meter and the theory of the CMOS chip focus on Watt-hour meter[J].Electrical Measurement&Instrumentation,2002,39(442):5-7,52.

[5]谭志强,黄懿.自动抄表技术的发展[J].电测与仪表,2009,46(517):1-5.TAN Zhi-qiang,HUANG Yi.The development of technology in automatic meter reading[J].Electrical Measurement&Instrumentation,2009,46(517):1-5.

[6]Coalton Bennett,Darren Highfill.Networking AMI smart meters[C].//IEEE Energy2030Conference.2008.

篇4：智能电网的智能用户端设计探究

经济的发展，人类文明的不断进步，世界各国都在为发展智慧城市而努力，能源的应用也随之朝着智能化方向发展，以满足智慧型城市建设的需要。电力是人类社会生活和发展的重要能源，随着电网建设规模和覆盖范围不断拓展，各种智能化技术的发展进步，加上人们对能源高效利用要求的不断提高，智能电网成为电力行业领域建设和研究的主题。智能电网是在传统电网的基础之上，集多种先进技术于一体的新型电网系统，智能电网的建立标志着我国电网系统向自动化、智能化、数字化的迈进。本文研究的智能电网的智能用户端，是一种户内智能控制系统，通过无线通信技术来实现，其主要组件为智能电表、智能电器开关以及户内控制系统。

1、智能电表

1.1主要功能

智能电表的主要功能有：第一，能够统计不用时段，不同费率情况下的电能分布，计量电能的使用情况，并对电能各项基本信息进行各自独立的测算，从而能够为用户用电分析提供可靠的参考依据。第二，能够通过与实时费率系统相互配合来控制电脑用量，使其保持在用户预先设定的范围之内。同时，还能够配合分布式发电，实现电能并网。如果主电网在运行过程中发生故障，智能电表可通过与分布式发电系统的合作使电网的孤岛系统能够在电网主体故障的情况下平稳过渡。还可通过与用户端户内控制系统的配合来管理户内的智能电器，是电能得到更加高效的利用，提高资源利用率。第三，智能电表的通信模式是双向的，也就是说在进行数据信息的发送的过程中还可以同时对远程发送过来的指令信息进行接收。

1.2硬件设计

根据智能电表的主要功能，对其结构框架进行设计，设置有多个模块，以下逐一进行介绍：

（1）控制管理单元。这是智能电表的关键模块，其功能在于将其它各国模块的功能进行信息整合，使模块之间能够相互配合，协调合作。此模块的设计着重要考虑新品的功耗、兼容性以及成本。（2）电源。电源模块的设计要充分考虑到不同模块对电压的要求不同，本身设计的智能电表根据模块功能实现来考虑，有两种电压需求，分布为+5V和+3.3V。单相交流电直接从电网接入进来由变压器进行降压滤波处理，在经由三端稳压器进行稳压处理即可得到+5V电源。在由其支路上装置三端稳压器即可的+3.3V电源。为了保证在电网故障停电的情况下不丢失数据，可在+3.3V电源上并联一个后备电源，以保证持续供电。（3）计量模块。常用的智能电表的计量模块有两种计量芯片，一种为模拟型乘法器，另一种为数字型乘法器。本文设计的智能电表选择ADE7753型电能计量芯片，设置有微电流传感接口，具有误差小，能耗低，而且兼容性好等特点。（4）通信模块。智能电表利用通信模块来实现无线网络通信。在通信技术中，目前应用最多，可靠性最高的为ZigBee无线通信技术，其满足IEEE 802.15.4无线标准，能够实现传感器之间数据高速、准确、可靠的交换和传输。从应用实践来看ZigBee技术表现出良好的稳定性，而且按照方便，数据容量大，能耗小，成本低等优势特点，在电子设备无线数据传输方面应用非常广泛。本文设计选择芯片CC2530，成本低，灵敏度高，而且抗干扰性强。（5）数据存储模块。电表中有很多非常重要的数据，因此要求其必须具有很高的安全性。本文设计的智能电表选用FM24CL64铁电存储器，其读写速度更快，而且更加耐用，尤其适合智能电表中使用。（6）其它模块。除以上重要模块之外，本文设计的智能电表还包括LCD显示模块，LED报警模块以及调试按键等，各模块间配合协调，设计合理，保证电表的安全使用。

2、智能电器开关

2.1主要功能

智能开关的主要功能在于计量户内电器的实际用电量，将用电信息利用无线通信平台上报给控制系统，并对控制系统发出的控制指令进行接收，执行电器通断操作任务。

2.2硬件设计

（1）控制模块。智能电器开关的功能相较于智能电表来说少得多，因此在设计上要比电表简单得多。但是智能开关数量远多于电表，因此其经济性和实用性是设计时要考虑的重点问题，以功耗低，成本经济的芯片为优选。本文设计选择的是一款8位芯片ATmega8535。（2）电源模块。因为直接接入户内供电系统，因此在设计过程可无需考虑雷击保护，可直接采用+5V直流电源供电即可，可加设电池作为备用电源。（3）计量模块。智能电器开关记录的数据信息要比电表少得多，考虑到其计量功能主要针对电能用量，因此选择具有较少计量功能的芯片即可，而且成本低。（4）开关模块。利用微型继电器来控制电源的通断，MCU的输出信号经过光耦隔离后对继电器进行控制。（5）存储模块。因此数据量本身并不大，存储空间也无需太大，选择空间够用而且成本经济的EEPROM 存储即可。（6）其它模块。除以上主要模块外，其它模块可参照智能电表，与之相同即可。

3、户内控制系统

3.1主要功能

户内控制系统的主要功能在于对电表和电器开关发送过来的数据信息进行接收并显示。设置有操作界面，使用户通过操作平台可对电能使用的基本信息和详细情况进行了解，帮助用户对电能使用情况进行分析，从而做出合理的调整。用户通过控制系统的操作平台发出控制指令，由控制系统向各个智能电器发送。

3.2硬件设计

（1）控制模块。电表和电器开关会想控制模块传送过来大量的数据信息，控制模块需要对数据信息进行接收和处理，因此对芯片的高效性和稳定性要求更高。本文设计选择的是基于ARM核心的LM3S9000系列芯片，经实践检验，其性能良好，具有很好的稳定性。（2）电源模块。户内控制系统的电源设计要充分的考虑到其使用的便捷性，因此本文设计的控制系统电源模块为手持式，由+3V 电池进行供电。（3）显示模块。对于控制系统来说，显示模块非常重要，这是用户操作的主界面，由液晶屏、驱动、按键组成。用户能够根据自身实际对用电情况进行调整，并可以对电器开关实现定时控制。（4）存储模块。存储模块不仅包括用来存储信息数据的铁电存储器，还包括LCD显存。（5）其它模块。其它模块参考电表设计即可。

4、结语

本文针对智能电网的智能用户端对三种主要组件的功能进行分析，并对其硬件系统进行设计。旨在能够利用现代先进的科学技术，实现智能电表、智能电器开关以及户内控制系统之间的相互协调配合，使智能用户端能够充分的发挥其应有的作用，推动智能电网的发展。

篇5：智能电网设备概述

智能电网的描述-----------------------1 智能电网设备-------------------------2 智能输变电系统-----------------------2 智能开关设备-------------------------3 智能变压器---------------------------4 测量及监测设备-----------------------6 智能配电设备-------------------------8 智能用电系统------------------------10

智能电网的描述

以物理电网为基础(中国智能电网是以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础)，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。

它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保电力供应的安全性、可靠性和经济性、满足环保约束、保证电能质量、适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。

智能电网是一个涉及社会范围广大的系统工程，需涉电各环节密切协同完成，它引入科学的管理思想，紧跟现代科技发展步伐且涉及多种高新技术，将引起人们生活理念的变化。

智能电网的功能特征——对电网的要求

坚强：保持供电能力，保证电网的安全运行

自愈：自动故障诊断、隔离和系统自恢复能力

兼容：支持可再生、分布式发电和微电网的接入

经济：资源合理配置，降低网损，提高利用效率

集成：信息的高度集成和共享

优化：通过优化提高资产利用，降低运维护成本

智能电网的技术特征——对设备的要求

测量数字化：对设备相关量做就地数字化

测量控制网络化：对设备实现基于网络的控制

状态可视化：使设备状态在电网中是可观测的功能一体化：对设备可进行功能一体化

设计信息互动化：与调度、设备运管及用户互动

智能电网的特殊属性

开放性：接纳用户参与、吸收高新技术

包容性：接纳各种分布式多元的能源接入

系统性：是一个全方位、统一协调的系统工程

广泛性：电网各环节、涉及电力用户数量巨大

互动性：相邻电站、站与电网调度、用户与电站

智能化电站与现今数字化电站区别

智能电网设备

智能电网设备要求：先进、可靠、集成、低碳、环保；前提是一次设备，通信、传感技术先进；可靠方法为一次设备与其智能组件的有机结合体，途径是依靠先进可靠的信息、通信技术，实现信息可靠、及时、准确传输。智能输变电系统

智能变电站采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基础，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协调互动等高级功能。

采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基础，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协调互动等高级功能。

智能输变电设备的总体发展要求是提高设备的智能程度，提高智能电子装置的准确性和可靠性，降低智能输变电设备的成本。智能开关设备

（1）操作智能化：自动选择操动机构及灭弧室预定的工作条件；对合分闸相位控制。

（2）状态检测与判断：监测运行状态，增加可靠性，判断工作状态，预测寿命及失效率评估，最佳运行调控。

（3）二次控制智能化：自动监测开关设备状态、自动处理信息、自动诊断保护和自动显示、记录等功能。

分合闸操作智能化是指动触头从一个位置到另一个位置的自适应控制的转换，能够根据监测到的不同故障电流信号，自动选择操动机构及灭弧室预先设计预定的工作条件，获得实际开、断时电气和机械性能上的最佳效果。对断路器的合分闸相位的控制可以大大提高断路器的开断能力，提高断路器的可靠性。

监测自身的运行状态，增加开关设备运行的可靠性，并能判断其工作是否正常，给出寿命预测及失效率评估及对其进行最佳运行调控，可以有效地提高电网的可靠性。

二次控制智能化应具有自动监测开关设备状态、自动处理信息、自动诊断保护和自动显示、记录等功能。

智能变压器

关键是要实时反映变压器的运行状态，能够在统一信息模型和服务模型的网络环境下实现信息共享和互操作。采用统一建模的网络协议通过网络实现集成。

在现有技术基础上，需进一步研究光纤绕组测温、绕组变形监测、局部放电定点或定量监测、内部振动监测、绝缘状态监测、变压器节能冷却控制技术等。输变电设备智能化所需的IED，还需满足如下要求：

（1）支持标准通讯协议: IEC61850 和TCP/IP。

（2）具有互操作性，不同厂家的 IED间可 互联。

（3）内嵌 Web 维护界面，支持远程维护功能。

（4）带有跟踪自诊断功能，确保系统异常后实时报警。（5）满足室外长期运行要求。

满足室外长期运行要求，必须保证能够在恶劣环境或极端环境和变电站强电磁干扰环境下，安全可靠运行。

测量及监测设备

传感器

目前主要使用传感器大都属于技术水平不是很高但对可靠性和稳定性却要求非常高的通用传感器；技术水平要求较高的测量电流、电压的光纤传感器现在在电力行业应用还较少。

传感器承担了智能电网实时信息的最前端测量、监测信息的直接获取，可以说传感器技术的发展很大程度上决定了智能电网发展水平。我国电力行业使用传感器的场合是很多的，从发、输、变、配、用各个环节都离不开传感器技术的应用。主要使用传感器有：电流传感器、电压传感器、局部放电传感器、压力传感器、温度传感器、振动传感器、气体传感器、湿度传感器等。这些传感器大都属于技术水平不是很高但对可靠性和稳定性却要求非常高的通用传感器，技术水平要求较高的测量电流、电压的光纤传感器现在在电力行业应用还较少。互感器

电子互感器设计制造需进一步满足数字化、绝缘简单、频响快、机械抗性强、无危险、测量精度高、易集成、易安装、易更换、环保等特点。

目前是传统的电磁互感器与电子式互感器并存。全光纤互感器工程应用开始起步，其可靠性和稳定性及寿命等技术问题还需进一步研究解决。

在线监测技术

在线监测与诊断技术，要求传感器技术水平不断提高，可实现采用多参量综合检测的方法，去研究运行中状态特征参量的变化规律以及应用一些新数字信号分析技术。

采用先进的现代科学技术及工程技术，确保电网坚强、灵活、智能、高效运行，满足现代社会对供电可靠性和电能质量的要求。

我国变压器、GIS等关键电力设备的在线监测与诊断技术，要求传感器技术水平不断提高，可实现采用多参量综合检测的方法去研究运行中状态特征参量的变化规律（如：超高频局部放电检测、超声波绝缘缺陷检测、油中气体在线监测、光纤温度在线测量等）以及一些新数字信号分析技术应用于在线监测中；采用先进的传感器技术、计算机技术、电力电子技术、数字系统控制技术、灵活高效的通信技术，才能确保电网坚强、灵活、智能、高效运行，满足现代社会对供电可靠性和电能质量的要求，优化发输配用各环节的协调调度，实现运行方式自适应管理，实现系统节能降耗以及绩效指标的优化，提升管理和决策水平。柔性交流输电设备

柔性交流输电系统即FACTS(Flexible AC Transmission System)是指采用基于电力电子元件的控制器和其他静止控制器，以提高其可控性和增强功率传输能力的交流输电系统。FACTS设备能给电力系统带来众多好处，主要作用归纳如下：较大规模的控制潮流；提高输电线路输送容量；依靠限制短路和设备故障影响来防止线路串级跳闸；阻尼电力系统振荡。

柔性交流输电换流阀、柔性交流输电电缆、柔性多端交流输电系统、静止无功补偿器（SVC）、可控并联电抗器（CSR）、统一潮流控制器UPFC、静止同步补偿器（STATCOM）、障电流限制器（FCL）、串补/可控串补（FSC/TCSC）、故静止同步串联补偿器（SSSC）。

通信

要构建以骨干通信电路、跨区联网通信电路为主，各级通信网协调发展的电力专用通信网；

满足智能电网需求的传输网、数据网、业务网、支撑网全方位的通信系统。

以提高对各级通信资源调配能力、提高对各类通信业务承载能力、提高对各种自然灾害和外力破坏抵御能力为目标。要构建以骨干通信电路、跨区联网通信电路为主，各级通信网协调发展的电力专用通信网。以提高对各级通信资源的调配能力、提高对各类通信业务的承载能力、提高对各种自然灾害和外力破坏的抵御能力为目标，满足电网发电、输电、变电、配电、用电及调度等各个环节的通信需求。构建满足智能电网需求的传输网、数据网、业务网、支撑网全方位的通信系统。

智能配电设备

配电一次设备

要求配电网测控保护技术：向广域信息、自适应、可逻辑重组、支持动态在整定的方向发展。

各种保护、控制技术：进一步与配电一次设备相互渗透、融合，发展为一体化智能设备。配电网测控保护技术将向广域信息、自适应、可逻辑重组、支持动态在整定的方向发展，以适应多元化电源和灵活供、配电的要求。各种保护、控制技术进一步与配电一次设备相互渗透、融合，发展为一体化智能设备。

永磁操动机构及具备数字化测控技术的同步柱上真空开关，新型固体绝缘介质的环网柜；完整有效的智能配电装备成套运行的状态预警技术。通用性金属封闭开关

将向着高可靠性、免维护、智能化、小型化、操作方便、外观精美、低成本的方向发展。开发新一代全工况、免维护、高可靠性、小型化的负荷开关以及环网柜，可实现配电自动化，是环网柜发展的重要方向。

中低压设备

固体绝缘环网开关柜（SIS）设备研制，环保型气体绝缘环网开关柜（E-GIS）研发，永磁操动机构和中、高压真空灭弧室的仿真技术研究和制造技术。

柱上开关设备

迫切需要进行在线监测、远动、远控、负荷转移等智能化技术的改造，使配电自动化开关设备具备自动识别，自动隔离，自动转功的功能。

关注环保智能化柱上开关、智能配电网保护测控一体化装置、智能配变监测终端、复合电能质量控制器、高效节能配电变压器、集成智能配电站、配电自动化系统、充放电配电保护与测控装置、智能配电装备快速保护动作机构等产品。配电二次设备

配电二次设备是保证配电网安全可靠经济运行的，与之相配套的必不可少的重要装备。自适应多元化电源、灵活配用电要求的智能终端，支持软插件与逻辑组态、动态在线整定及远程维护，实现装置与一次电力设备的高度集成，为10 kV配电网分布电源接入的配电网保护与控制提供技术支撑。

国内对配电二次设备的要求具体大致有以下几点：多样化；从信息孤岛到集成的配电管理系统DMS；配电网优化运行；定制电力技术的应用；分布式电源接入。

配电终端设备应该具有如下功能：

一次开关、变压器设备的在线监测功能； 智能分布式终端将得到广泛应用；

变电站自动化系统将向10kV馈线延伸，与配电终端密切配合实现馈线自动化功能；

一次设备结合，实现就地故障快速隔离，小电流接地探测、相位同期检测等功能。智能用电设备要求 智能用电系统

用电环节智能化主要包括建设和完善智能双向互动服务平台和相关技术支持平台，实现与电力用户的能量流、信息流、业务流的双向互动，全面提升公司双向互动用电服务能力。用电信息采集系统、智能化用电装置是该环节发展侧重点。但国内智能电能表在使用寿命，工艺外观等方面与国外有一定差距，不过这些年已经逐步改进。

在系统主站方面，各类用电信息采集系统要针对不同采集用户对象独立建设，如建设负荷管理系统实现50kVA及以上专变用户信息采集，建设集中抄表系统实现居民用户信息采集。需要克服系统独立建设的方式给系统数据共享带来障碍，难以完全满足不同专业、不同层面的数据需求等矛盾。要提高系统标准化程度，满足省级、电力企业总部等更高层面的数据应用需求。

在采集设备方面，要克服用户用电信息采集的终端设备多种多样，遵循的技术标准不尽相同，根据安装设备用户类型不同，其功能及性能也不同等矛盾。加强提采集设备技术标准的统一性，减少设备多样化，及在功能与性能等方面的差异，给系统运行维护提供方便。智能家居控制系统

家庭智能交互终端是实现智能家居系统的“大脑”，要利用4C技术（即计算机、网络与通讯、自控、IC卡四种不同的技术，电力PLC即电力网络路由器，EPON是基于以太网的无源光网络），通过电力PLC+EPON光纤的传输网络，将多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成，为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段，实现快捷高效的超值服务与管理，提供安全舒适的家居环境。

智能家居是以住宅为平台，集系统、结构、服务、管理、控制于一体，与居家生活有关的各种设备有机地结合起来，通过网络化综合管理家中设备，来创造一个优质、高效、舒适、安全、便利、节能、健康、环保，简单说就是智能化的居住生活空间。

网络化控制系统

网络化控制系统要求信息化程度提高，性能稳定可靠，编程方便，安装调试简单，价格便宜。网络化控制系统要做系统模块化与网络化设计，除具备防雷击、防浪涌、过电压保护等基本功能外，其网络单元要易于重构，灵活组网；人性化的人机界面，使用方便；低成本与低功耗，实用性强。相互关联性及与不同电器的兼容性要高，家具和办公环境用电网络能系统化节能，网络化远程监控。实现家居电器的节能、智能、网络管理，向节能减排、物联网的方向发展。用户端设备

（1）用户端电能管理、负载控制与管理系统都通过数字化技术的运用，实现有效、可靠的运行，促进各类传感器研究与应用；

（2）全面提升综合服务能力，最大限度满足用户多元化需求；借助双向供电技术，实现双向互动营销；智能楼宇、智能家电、智能交通等建设的推动；

（3）面对全球性能源短缺，全球气候变暖、环境、可持续发展等问题，发展分布式光伏发电；

篇6：智能电网调研论文

中干调研论文 题目：深化科学发展观 推动 坚强智能电网建设

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时间：2011年10月30第1 页日

深化科学发展观，推动坚强智能电网建设

1.论文背景

改革开放以来，随着中国经济长期平稳较快发展，能源建设取得了巨大成就，到2010年，全国能源生产总量接近30亿吨标煤，消费量超过32亿吨标煤，中国是世界能源生产和消费大国。“十一五”期间，能源生产以年均约6.5%的增幅支撑了国内生产总值年均11.2%的增长，单位GDP能耗降低了19.1%，展望未来，中国经济将继续保持较快增长势头，能源消费还会不断增长，能源保障存在巨大压力，同时提高能源转化和使用效率任重道远。电网是现代能源产业体系的重要组成部分，智能电网代表未来电网的发展方向，越来越受到世界各国的关注，在可再生能源接入、智能配电、智能用电、微网系统和大容量储能等领域新技术不断涌现，呈现出蓬勃发展的态势。中国政府高度重视智能电网发展，“十二五”规划纲要明确提出：加快现代电网体系建设，依托信息、控制和储能等先进技术，推进智能电网建设。

据悉，未来5年内，国家电网将全面加快坚强智能电网发展。计划投资2500亿美元，建设连接我国大型能源基地和主要用电负荷中心的“三纵三横”结构的特高压骨干网架，新建电动汽车充换电站2950多座和充电桩54万个，安装智能电表2.3亿只。到2015年基本实现9000万千瓦风电和800万千瓦太阳能发电的接入和消纳，保障80万辆电动汽车的应用，基本建成坚强智能电网。

为配合国家经济建设，全面开展落实国家电网打造坚强智能电网的计划，促进地区经济稳定快速的发展，本文将结合所在基层单位实际，就供电局电网实际情况，展开“深化科学发展观，推动坚强智能电网建设”的论述。

2.局智能电网建设现状

供电局地处川、陕、甘三省结合部，作为电业局的下属供电企业，担负着县城区和所辖区57个乡镇的供电任务，供电总面积达3204平方千米，覆盖总人口67万人。供电覆盖区域为亚热带湿润性季风气候，四季分明；地势西北高，东南低，以低山、丘陵地貌为主。东邻苍溪县、元坝区，西界绵阳市的梓潼县、江油市，南连南充市的阆中市、南部县，北接青川县、利州区。

目前供电局所辖基层变电站16个，输电线路电压等级为110KV、35KV和10KV共三个，线路较长，且多翻越高山峡谷，道路崎岖，地质灾害频发，日常线路巡视和维护检修压力比较大。由于地理交通的限制，所辖区内工业欠发达，工业电力用户不多，售电量难以有较大幅度增长，再加上供电局人员配备紧张，总体上智能电网整体建设面临极大考验。

3.以科学发展观为统领，推动地区智能电网建设

电网作为国民经济发展的重要支撑，其安全稳定的运行和发展直接推动着社会的进步和经济的发展。供电局作为 地区建设发展的基础，其自身建设的强化，“坚强智能电网”的推进，将对地区的长远发展有着重要意义。而科学发展观是坚持以人为本，全面、协调、可持续的发展观，是国民经济发展的准则，是指导企业壮大发展的依据。因此，遵照国家智能化电网建设的整体规划，供电局的智能电网建设科可依据科学发展观，从以下几方面实施开展：

首先，要从思想上认识到发展的重要性，要将发展放在地区智能电网建设的首位。

局的智能电网的规划要以县的地区发展规划相一致，要满足城区及其57个乡镇经济发展的需要，智能电网的构建要留有余地，具有超前意识。一方面指我们在规划智能电网建设的时候，要以发展的观念总揽全局，要将发展观落展的具体工作中，调整网架结构，适应地区电网建设，建设坚强地区电网。另一方面指我们要以“服务地方经济建设”为宗旨，不断调整、优化电网，且电网的发展要注意与临近的利州区、青川县、苍溪县和绵阳市县电网规划相衔接；要注意智能电网与城镇规划、交通规划有机衔接，线路路径要尽可能沿路、沿河，充分利用河流、道路两侧的隔离带空间，要尽可能少占用土地。发展电网，要充分利用现有资源，按照“增容、升压、换代、优化通道”的思路，加大技术改造力度，在不增加甚至减少占用土地的情况下，提高电网输送能力。即发展电网要运用发展意识，要有超前意识，要服务于经济社会发展。

其次，要将以人为本作为地区智能电网建设的重要依据，智能电网建设要更好地服务人民大众，电网运行要实现人性化。

随着地震后，地区经济的快速恢复和发展，对用电的需求会逐渐增加，电网建设将进入一个新的高潮，要坚持以人为本，全力推进智能电网建设，需要做到以下几方面：

（1）、运用现代新科技设备，要推广变电站远程集控，实现无人值守，缓解人员紧张压力。

（2）、要加强企业员工的教育和培训，开展“以老带新、以师带徒、互帮互学、共同提高”的培养模式，不断提高企业员工素质。

（3）、要加快发展电网调控一体化，提高电网供电可靠性和故障应急处置速度，减少电网故障审报批复环节，缩短电网事故和故障的抢修时间。

（4）、完善电网内外部的安全操作监督，建立完整的应急调控预案。

（5）、建设坚强的配网和调度，以应对智能化电网发展的需要。

（6）、加快农村电网改造和中心镇电网建设，提高配网自动化环网化程度；普及用户负荷监察控制系统、居民智能化电表和集抄系统的应用，以满足智能化电网建设对信息化的需求。

（7）、加大调控综合型人才的培养力度，不断人才素质，以应对电网智能化发展的需要。

再次，要以“全面协调可持续”作为推进坚强智能电网建设的基本要求，智能电网建设要综合考虑各社会经济因素，协调各方平衡。

坚强的智能电网具有“各级电网协调发展，信息化、数字化、自动化、互动化高度统一”的特征，它是一个坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。建设智能电网，必须全面协调各项关系，走可持续发展之路。

（1）、要全面协调经济社会发展对电力的需求。通过建设“坚强智能电网”，提高电网大范围优化配置资源能力，实现电力远距离、大规模输送，满足经济快速发展对电力的需求。

（2）、要全面协调智能电网建设对资源环境问题带来的挑战。通过建设坚强智能电网，实现可再生能源集约化开发、大规模、远距离输送和高效利用，改善能源结构，促进资源节约型、环境友好型社会建设。

（3）、要全面协调发用电多样化的发展要求。通过建设坚强智能电网，实现各类集中/分布式电源、储能装置及用电设施并网接入标准化和电网运行控制智能化，提高电力系统资产的运营效益和全社会的能源效率，促进经济社会的可持

续发展。

（4）、要全面协调多元化用电服务需求。通过建设坚强智能电网，提高电能质量和供电可靠性，创新商业服务模式，提升电网与用户双向互动能力和用电增值服务水平。

最后，要以“统筹兼顾”作为坚强智能电网建设的重要保证，智能电网建设要统筹城乡，协调地区工业与居民用电，优化资源配置。

（1）、坚强智能电网建设应当注重整体，不可厚此薄彼。智能电网是一个包含发、输、配、售等多个环节的整体系统，其“智能”应当体现在电网的每一个环节上。发、输、配、售每个环节都很重要，如若出现了厚此薄彼而使得某一部分有所偏废，那便会形成一种瓶颈，其后果则可能是“智能电网”的“智能”无法完全显现。

（2）、坚强智能电网建设应与电力市场化改革相配合。智能电网的一个重要任务应当是建立一个智能平台，在这一智能平台上，电厂可以发布自己的能量价格和质量信息，用户发布自己的用电需求。如同互联网的交流功能，提供用户、电网设备、发电设备间的交互，实现能量生产、销售和消费顺畅进行。电网企业将用户对能量的要求与发电厂发布的能量信息进行撮合、经营和维护。尤其重要的是，在这样的平台上，相关部门可以收集能量信息，对电力市场进行调控、指导和帮助。通过智能化网络、智能计量、用电设备间的交互，科学调度，实现能源的高效利用。

4.结束语

综上所述，建设坚强智能电网是一项关乎国家和地区经济发展的重大工程。以科学发展观为统筹，建设坚强智能电网，能有效提高企业安全供电水平的，保证供电可靠性。

篇7：智能电网学习总结

碧口供电分公司

为进一步加深广大员工对智能电网新知识、新技术的了解，提高创新能力和岗位适应能力，加快推进电网发展方式转变，11月18日-12月8日，碧口供电分公司根据省市公司统一部署，全面开展智能电网知识培训活动。

此次培训学习内容为国家电网公司统一制作的《智能电网知识培训课件》，共分为智能电网知识专题讲座和2011智能电网国际论坛实况两大部分。分公司要求各班站、组、供电所一是要切实加强培训组织管理，创新培训学习方式，确保培训取得实效；二是管理人员、技术人员和调度人员必须参加全部课件学习，技能人员、农电职工根据工作需要自行选择相关课件参加学习；三是做好本部门员工网络学习在线时间的统计工作，保证在线学习累计时间不少于12小时，同时在网络大学培训项目栏下组织开展培训经验和学习体会交流。

通过这次智能电网知识培训学习，使全体员工进一步了解我国电网现状及发展方向，建设坚强智能电网的目的和意义、发展目标和路线，深入理解建设智能电网的必要性，提高公司上下对发展智能电网重要性和紧迫性的认识，激发广大员工全面参与坚强智能电网建设的热情，加快推进公司“两个转变”，为建设“一强三优”现代公司贡献更大的力量。这次培训活动还让职工理解了智能电网与现有电网的区别。现代电网面临许多新的形势，形势1:大电网经常发生停电事故；形势2:大量分布式电源的接入；形势3:高级市场的发展；形势4 :电

网面对更多更严格的限制随着政治和经济的进步，国家和政府的政策将在灵活性和降低成本上有更高的期望。在可靠性和安全性提高的同时，安全维护成本也在降低，这将意味着运行、维护和原则上的变革。但是智能电网的优越性日益突出：在激励电力用户上充分的间隔信息，实时定价，有许多方案和电价可供选择；在提供发电和储能上大量“即插即用” 分布式能源补助集中式发电；在使市场化成为可能上成熟，健全很好集中的趸售市场；在满足电能质量需求上根据需要，电能质量是优先满足；在最优化上电网的智能化同资产管理软件深度集成；在自愈上防止断电，减少影响；在抵御攻击上具有快速回复能力。

同时，通过培训，大家还了解到智能配电网将是未来智能电网的核心：从国外经验来看，配网是智能电网技术和投资的主要吸收地，主要原因是配网侧集中了分布式电源(包括光伏、风电、充电桩)以及配网自动化等智能电网的核心部分，也是支撑整个智能电网承上启下的关键环节。同时配电网覆盖面广，包含了大量的线路损耗，智能化改造具有显著的经济意义。从技术可行性上来看，配电网电压等级适中是最为适合进行智能化改造的环节。但是在中国电力体制尚未完善，配网主要资金来源是地方和区域电力公司自筹的方式，国网短期直接投资动力有限。各环节启动时间先后顺序判断为用电、变电、配电：用电侧智能化关键点智能电表已经开始大规模安装，未来用电侧将向技术纵深和运用领域升级发展；变电智能化试点已经铺开，在稳定性和技术成熟度提升以后，今明两年将有望迎来行业性的启动时

机；配电目前仅限于试点起步阶段，后续铺开依赖于投资力度。

空间上来看，变电和用电主要受益方是目前的大型一次和二次设备供应商，而配电将是未来智能化增量最大的领域：变电环节增量是一次设备的智能化改造和控制升级，所以受益方仍然为传统的设备提供商为主，趋势上来看一次和二次设备的融合将是行业发展的重要方向。用电侧的核心为电表的智能化，主要竞争格局也已经确立。配网是新技术增量较大的部分，包括分布式能源接入、微网、充电桩、智能建筑、配网自动化等都需要大量新技术的支撑，期间将会有更大的技术型企业成长的空间。

总之，培训结束时，学员们纷纷表示，参加这次培训，让他们看到智能电网的未来，智能电网的应用实现（以抵御事故扰动为目的）安全稳定运行，降低大规模停电的风险;使分布式电源(DER，含分布式发电、分布式储能和电力用户的需求响应）得到有效的利用;提高电网资产的利用率；提高用户用电的效率、可靠性和电能质量。同时，分公司在智能电网建设的关键时刻举办技术培训班，让他们及时了解到智能电网建设的最新动态，开拓了技术视野，他们要加强自身技术的专研，为陇南智能电网建设贡献一份力量。

篇8：智能电网中智能家居终端的设计

1 智能家居平台系统的技术特点

智能家庭网络随着集成技术、通信技术、互操作能力和布线标准的实现而不断改进,它涉及到对家庭网络内所有的智能和非智能电器、设备和系统的操作、管理以及集成技术的应用。

(1)家居智能平台系统的组成。

通过智能家庭网关、智能家居终端、具有采集电量和功率功能的插座及其系统软件建立家居智能平台系统。智能家庭网关是智能家庭局域网的核心部分,主要完成家庭内部网络各种不同通信协议之间的转换和发送。

用计算机技术、微电子技术、通信技术,智能家居终端将家庭智能化的几乎所有功能集成起来,使智能家居建立在一个统一的平台上。首先,实现家庭内部网络的数据交换,其次还要保证能够识别通过网络传输的指令是否合法,因此智能家居终端既是家庭信息的交通枢纽,又是信息化家庭的保护神。

(2)通过通信模块和通信协议实现与家电的互联。

为实现家电的控制和相关信息的采集,系统平台通过通信模块并按照特定的通讯协议借助串口发送和接收码流,从而实现家电的控制和信息采集。

(3)硬件中嵌入式系统的应用。

随着功能的不断增加、性能的不断提升,对处理能力和速度提出了更高的要求,所以具有高性能的嵌入式芯片系统将应用到智能家居终端中去。

2 智能家居平台系统的结构

智能家居平台系统的物理框图如图1所示。

3 智能家居终端的功能

智能家居终端的功能包括如下几个方面:

(1)家电控制。家电控制是智能家居终端的主要功能,代表着家庭智能化的发展方向,通过无线通信方式对家庭的用电设备进行控制。

(2)用电信息采集和分析。采集家电的用电量、功率、电压和电流等一些用电数据,并以表格或者图表的形式展示出来,为用户分析家庭的用电情况,从而指导用户进行合理用电。

(3)家庭安防。安全是居民对智能家居的首要要求,所以家庭安防成为智能家居的重要组成部分。包括家庭安防报警、门窗磁报警、燃气泄露报警、火灾烟雾报警、紧急求助报警等。当智能家居终端处于布防状态时,一但红外探头探测到家中有人走动,就会自动报警,同时将报警信息报到物业管理中心,还可以将报警信息发到主人的手机或其他移动终端上。

(4)视频通话。智能家居终端上集成了可视对讲功能,可实现终端之间的视频通话功能。

(5)便民信息服务。物业管理中心与智能家居终端联网,对住户发布一些小区信息和小区周边的一些便民服务信息,从而为住户提供生活方便。

(6)增值服务。通过智能家居终端可以实现网上购物,视频点播等增值服务[4]。

4 智能家居终端的硬件设计

智能家居终端的微处理器采用S3C2440A,是三星公司推出的16/32位RISC微处理器,它为手持设备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。S3C2440A采用了ARM920t的内核,0.13 μm的CMOS标准宏单元和存储器单元。它采用AMBA的总线架构。ARM920t实现了MMU,AMBA BUS和Harvard高速缓冲体系结构。这一结构具有独立的16 kB指令Cache和16 kB数据Cache[2]。

作为智能家居的控制中心,智能家居终端除了具有网络RJ-45接口、PSTN接口、RS-485接口、无线传输模块接口外,还应该提供音频视频接口、报警传感器接口、HUB接口、RS-232接口等。这些接口可以实现音视频的编解码转换,指令的传输接收以及与PC机的结合等功能。

智能家居终端的硬件实现结构如图2所示。

其中电话控制部分,当用户在远程话机键盘上按下控制按钮后,这些信息采用双音频方式通过电话线发出,MT8870是一款双音多频解码芯片,能够实现双音多频信号(DTMF)的发送和接收。

以太网控制芯片采用CS8900A,它是Cirrus Logic公司生产的低功耗、性能优越的16位以太网控制器。该芯片的突出特点是使用灵活,其物理层接口、数据传输模式和工作模式等都能根据需要而动态调整,通过内部寄存器的设置来适应不同的应用环境。

此外,硬件部分还对SRAM进行了扩展以满足更大的需求。另外由于智能家居终端上的一些重要参数,需要在系统掉电的情况下保留,所以在终端上还进行了EEPROM扩展。

5 智能家居终端的软件设计

5.1 程序设计

在硬件结构基础上,软件系统采用了Linux嵌入式操作系统,内核版本为2.6.28。鉴于所选ARM芯片的性能,从总体需求出发,软件部分采用多进程+进程中多线程的编程方案。程序总体分为两个进程:主进程、Web-Service进程。主进程包括3个线程:主线程、辅线程和次线程[1]。

其中,Web-Service进程为发送命令码流。此处需要说明的是家庭网关也采用Web-Service的方法,智能家居终端作为客户端,而家庭网关作为服务器端。

主控制进程实现了大部分功能,是控制中心的主体。由于实时性、信息回复的不确定性,它开机启动并一直处于运行状态。主线程在程序启动时首先进行初始化,包括硬件各部分的驱动初始化,各个功能模块界面及其基本功能的初始化,还有数据存储部分数据库的初始化。初始化完毕后将进入一个while(1)循环,不停地重复遍历命令结构体链表和返回码流结构体链表,并进行相应处理。辅线程完成命令码流的转换和处理。次线程监听返回到终端的命令码流,并进行相应的转换和处理。

软件部分的总体框图如图3所示。

5.2 进程间通信

程序中设计了两个进程,它们之间要进行通信。两个并行进程可以通过互相发送消息进行合作,消息是通过消息缓冲在进程之间相互传递。进程间通信方式采用的是命名管道(FIFO),FIFO是一种先进先出的队列。它类似于一个管道,只允许数据的单向流动。每个FIFO都有一个名字,允许不相关的进程访问同一个FIFO。本程序在/tmp文件系统中定义命名管道,这样当系统重新启动或更新时,管道将被清除,不会占用过多存储空间[1]。

此外,为避免两个进程间同时要求访问同一共享资源而引起访问和操作的混乱,在进程对共享资源进行访问前必须对其进行锁定,该进程访问完后再释放。还有在主进程的3个线程内,为保证两个或多个关键代码段不被并发调用,线程内还使用了信号量,在进入一个关键代码段之前,线程必须获取一个信号量,一旦该关键代码段完成,那么该线程必须释放信号量,其他想进入该关键代码段的线程必须等待,直到第一个线程释放信号量。

6 结束语

智能家居终端及其配套设备将会得到不断的发展和完善,为人们提供更为安全、舒适、便利的生活环境。系统的使用也会更加方便、价格低廉、性能可靠。本文给出了基于ARM芯片的智能家居终端的设计方案,设计了一种可行的硬件和软件模型,在理论上解决了智能家居终端的一些设计问题。

参考文献

[1]史蒂文斯,拉戈.UNIX环境高级编程:英文版[M].2版.北京:人民邮电出版社,2006.

[2]周立功.ARM嵌入式系统基础教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.

[3]管耀武.ARM嵌入式无线通信系统开发实例精讲[M].北京:电子工业出版社,2006.

[4]韩江洪.智能家居系统与技术[M].合肥:合肥工业大学出版社,2005.