文档介绍：分类号： TM932 密级：公开
学校代码：11065 学号：2016021667
学术硕士学位论文
作者姓名 吕德勇
指导教师 李立伟 教授
学 科 电气工程
培养单位 电气工程学院
答辩日期 2019 年 6 月 9 日
摘 要
随着国家智能电网建设的不断推进，尤其是在国家电网提出建设“泛在电力物 联网”后，窄带物联网（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT）无线通信成为了 智能电表的重要研究方向，对智能电表的深入研究与设计具有重大的现实意义以及 广阔的市场空间。
本文中的单相智能电能表采用了“专用计量芯片+MCU+NB-IoT”的组合方式， 以 STM32 作为主控芯片、以 ATM90E26 作为电能计量芯片，以 BC-95 作为 NB-IoT 无线通信芯片，具有高精度、低功耗的特点，且有效改善了数据传输控制的可靠性， 基于蜂窝移动网络，符合建设“泛在电力物联网”的发展趋势。
针对当前市场上部分智能电表还不具备在线升级功能，本文在软件部分设计了 远程升级子程序，工作人员在主站就可以完成对智能电表的远程升级。与同类产品 相比，本设计方案中的电路安全可靠，电能表的总体性能稳定，具有非常广阔的市 场前景以及应用价值。
首先，介绍了本文的研究背景及意义，并且分析了国内外智能电表的发展现状 及趋势。其次，对单相智能电能表的工作原理以及整体方案设计进行了研究。然后， 对智能电表硬件设计进行介绍，给出了硬件设计的总体结构框图，并对主要功能模 块电路原理图的设计思路及作用等进行了详细分析。基于硬件电路设计，随后介绍 了软件设计的总体架构及开发环境，并且以流程示意图的形式对软件的主程序及部 分子程序设计进行了分析。最后，按照国家能源局发布的单相智能电能表技术规范 中的试验要求，通过试验测试平台，对本文中的单相智能电能表进行了 NB-IoT 通 信验证、远程升级验证、功耗测试及部分准确度试验。试验结果表明，本文中的单 相智能电表符合设计规范要求。
关键词：泛在电力物联网；窄带物联网；STM32；智能电表；远程升级
Abstract
With the continuous advancement of the national smart grid construction, especially after the State Grid proposed the construction of “ubiquitous power Internet of Things”, Narrow Band Internet of Things (NB-IoT) wireless communication has become an important research direction of smart meters. The in-depth research and design of smart meters has great practical significance and broad market space.
The single-phase smart meter in this thesis adopts the combination of “special metering chip + MCU+NB-IoT”, with STM32 as the main control chip, ATM90E26 as the energy metering chip, and BC-95 as the NB-IoT wireless communication chip. It has the characteristics of high precision and low power consumption, which effectively improves the reliability of data transmission control, and is based on the cellular mobile network, in line with the development trend of building a "ubiquitous power Internet of Things".
In view of the fact that some smart meters in the current market do not have the online