基于能源互联技术的微型智能低压断路器(附件)【字数：9991】
摘 要传统的断路检测系统是通过某些物理效应，通过简单的机械动作来实现检测和保护功能，因而体积过大、反映时间长、保护精度低，且效果也不理想。随着电力事业的飞速发展，人们对供电系统的自动化要求越来越高，要求能够同时实现联网通信、集中监控等，因此低压智能断路器的远程监控是很多企业的研究目标。本毕业设计从市场的需求出发，设计实现了基于能源互联技术的微型智能低压断路器。该断路器使用Modbus协议通过RS-485进行信息的连接，由GPRS网络实现与远程监控中心通讯，作为通信的媒介实现以断路器对主体远程监控。其中系统的核心是485通信接口模块电路、数据采集和控制模块、GPRS网络电路模块。
目 录
第一章 绪论 1
1.1智能断路器的概念 1
1.2课题的意义和目的 2
1.3本文主要研究内容 2
第二章 系统总体方案设计 4
2.1智能断路器的结构原理 4
2.2系统功能与设计思路简介 4
2.3系统的构成与设计方案 5
2.4交流信号采样分析 6
2.4.1采样方式的比较 6
2.4.2交流采样原理 6
第三章 智能断路器硬件电路设计 8
3.1电源电路设计 8
3.2信号采集调理电路 8
3.3主控制器设计 9
3.4GPRS电路设计 10
3.4.1SIM800C功能简介 10
3.4.2STM32与SIM800C模块接口设计 11
第四章 智能断路器软件设计 13
4.1系统主程序设计 13
4.2串行总线（SPI） 13
4.3数据校准 14
4.4MODBUS协议通信 15
4.5GPRS软件设计 15
结束语 18
致 谢 19
参考文献 20
附录A PCB设计图和硬件实物图 21
附录B 程序清单 23
第一章 绪论
随着新时代技术的高速发展，促使电力事业和互联网技术迅速发展。发展智能电网是一个庞大的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
工程，需要一步步推进完成。为了加强配电网的安全和便捷管理，需要及时对各项参数进行监测。断路器就是配电网系统中的重要组成部分，也是基础实现部分。负责电流接通的同时，也要能够在发生过载、短路和接地等情况时，及时切断电路，保护电网和设备的安全。
低压断路器从最初只能实现简单开断和闭合工作，到如今可以方便测量安装位置的参数并进行保护，可见智能断路器应用已经十分广泛。在这一过程中，通信方式就非常关键。本文在此基础上，为实现远程监控的有效进行，采用GPRS网络作为媒介。论文内容将系统介绍设计思路和实现方式。
1.1智能断路器的概念
断路器作为电力系统中重要的组成设备之一，对电网的安全和稳定起着至关重要的作用，已经不在是传统意义上的机械系统结构。传统中为实现检测和保护功能是利用物理效应，但是在实际应用中，不管是精度还是效果都不理想。为防止在发生故障时影响整个电路，以及在出现异常时损坏用电设备，就需要在传统的基础上，实现自动化、智能化、模块化、并且能够实现联网通信、集中控制等。
因此可以将智能断路器定义为微处理器技术、网路技术和信息通信技术与现代机电一体化集成的高新技术产品。通过数字化测控方式取代过去的电子式保护装置，不但精确度和可靠性得到提高，功能也变得多样化。随着光纤传导技术、数字处理技术的发展，智能断路器不仅能够实现保护和控制功能，也能够实时显示电路中的多种参数，参数也可以重新设定和修改。
目前不少企业从事智能断路器的研制与生产，但总的来看技术方面有待提高。尤其在通信技术方面，绝大多数是用RS485总线方式，由于这种通讯方式存在的主从结构特点，一旦单个断路器监测的参数产生异常，就会自动跳闸保护，但不能主动将运行状况向上通信，因此可通信的智能化断路器成为研究的方向，其优势是在目前产品的基础上，增加具备基于现场总线的通信模块。
随着智能低压断路器的日益发展，世界各国对智能化用户终端的需求也逐年增加。作为输配电系统的最后环节，承担着对数据深刻分析，实现保护和监控一体化的重任。采用高性能的单片机和智能控制系统，为集中监控提供了条件。
1.2课题的意义和目的
智能断路器作为供电网络的核心构成部分，实时采集电路中的参数进行分析，出现异常时及时发现并报警采取措施。这就提高了控制电压的水平，增加电网的经济效应，改善用电质量。智能断路器由于采用微处理器，其保护功能的选择性和灵活性都很好，它的特性可以全范围调节，因此便于实现级联保护协调。另一方面，智能断路器能显示三相电压、电流、功率因数以及预示寿命等参数；能将数据保存，指示故障的类型，起到辅助分析、诊断故障的作用；还可以通过光耦合器传输，进行远距离显示。
智能断路器可对构成智能断路器的元器件工作状态进行诊断，当出现故障时可发出报警并使断路器断开，具有预警功能，使工作人员可以及时处理电网的异常情况。在断路器等设备的通信应用中使用开放式总线，可以增强设备之间的连通并且简易操作，具有总线接口的设备也很容易与其他设备一起构成别的系统，这就极大地增进了可通信低压电器的现实发展与应用。由于断路器工作环境比较恶劣，为实现其网络通信功能，需要可靠性强、适合于工业环境使用的通信系统。但由于断路器的位置距离较远，又较为分散，数量较多，为了更好地实现远程的监控和数据采集，通常采用的更加合适的通信方式。国内的主要通信方式有电力载波、微波通信、光纤等。
电力载波是电力系统的基本通讯方式，低压电力载波技术起源于上个世纪90年代，多用于自动化管理方面。电力载波利用电力线，将信号进行高速传播，直接利用配电网络，便于运营和管理。但是干扰严重，通信不具有可靠性。微波通信虽然技术成熟且应用广泛，但是设备前期需要大量资金投资，对地理环境也有要求，并不适合远距离使用。在配电系统中，光纤通信抗干扰能力强，但是投入和维护都较为昂贵，可作为主干线的通信方式，并结合其他方式。
目 录
第一章 绪论 1
1.1智能断路器的概念 1
1.2课题的意义和目的 2
1.3本文主要研究内容 2
第二章 系统总体方案设计 4
2.1智能断路器的结构原理 4
2.2系统功能与设计思路简介 4
2.3系统的构成与设计方案 5
2.4交流信号采样分析 6
2.4.1采样方式的比较 6
2.4.2交流采样原理 6
第三章 智能断路器硬件电路设计 8
3.1电源电路设计 8
3.2信号采集调理电路 8
3.3主控制器设计 9
3.4GPRS电路设计 10
3.4.1SIM800C功能简介 10
3.4.2STM32与SIM800C模块接口设计 11
第四章 智能断路器软件设计 13
4.1系统主程序设计 13
4.2串行总线（SPI） 13
4.3数据校准 14
4.4MODBUS协议通信 15
4.5GPRS软件设计 15
结束语 18
致 谢 19
参考文献 20
附录A PCB设计图和硬件实物图 21
附录B 程序清单 23
第一章 绪论
随着新时代技术的高速发展，促使电力事业和互联网技术迅速发展。发展智能电网是一个庞大的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
工程，需要一步步推进完成。为了加强配电网的安全和便捷管理，需要及时对各项参数进行监测。断路器就是配电网系统中的重要组成部分，也是基础实现部分。负责电流接通的同时，也要能够在发生过载、短路和接地等情况时，及时切断电路，保护电网和设备的安全。
低压断路器从最初只能实现简单开断和闭合工作，到如今可以方便测量安装位置的参数并进行保护，可见智能断路器应用已经十分广泛。在这一过程中，通信方式就非常关键。本文在此基础上，为实现远程监控的有效进行，采用GPRS网络作为媒介。论文内容将系统介绍设计思路和实现方式。
1.1智能断路器的概念
断路器作为电力系统中重要的组成设备之一，对电网的安全和稳定起着至关重要的作用，已经不在是传统意义上的机械系统结构。传统中为实现检测和保护功能是利用物理效应，但是在实际应用中，不管是精度还是效果都不理想。为防止在发生故障时影响整个电路，以及在出现异常时损坏用电设备，就需要在传统的基础上，实现自动化、智能化、模块化、并且能够实现联网通信、集中控制等。
因此可以将智能断路器定义为微处理器技术、网路技术和信息通信技术与现代机电一体化集成的高新技术产品。通过数字化测控方式取代过去的电子式保护装置，不但精确度和可靠性得到提高，功能也变得多样化。随着光纤传导技术、数字处理技术的发展，智能断路器不仅能够实现保护和控制功能，也能够实时显示电路中的多种参数，参数也可以重新设定和修改。
目前不少企业从事智能断路器的研制与生产，但总的来看技术方面有待提高。尤其在通信技术方面，绝大多数是用RS485总线方式，由于这种通讯方式存在的主从结构特点，一旦单个断路器监测的参数产生异常，就会自动跳闸保护，但不能主动将运行状况向上通信，因此可通信的智能化断路器成为研究的方向，其优势是在目前产品的基础上，增加具备基于现场总线的通信模块。
随着智能低压断路器的日益发展，世界各国对智能化用户终端的需求也逐年增加。作为输配电系统的最后环节，承担着对数据深刻分析，实现保护和监控一体化的重任。采用高性能的单片机和智能控制系统，为集中监控提供了条件。
1.2课题的意义和目的
智能断路器作为供电网络的核心构成部分，实时采集电路中的参数进行分析，出现异常时及时发现并报警采取措施。这就提高了控制电压的水平，增加电网的经济效应，改善用电质量。智能断路器由于采用微处理器，其保护功能的选择性和灵活性都很好，它的特性可以全范围调节，因此便于实现级联保护协调。另一方面，智能断路器能显示三相电压、电流、功率因数以及预示寿命等参数；能将数据保存，指示故障的类型，起到辅助分析、诊断故障的作用；还可以通过光耦合器传输，进行远距离显示。
智能断路器可对构成智能断路器的元器件工作状态进行诊断，当出现故障时可发出报警并使断路器断开，具有预警功能，使工作人员可以及时处理电网的异常情况。在断路器等设备的通信应用中使用开放式总线，可以增强设备之间的连通并且简易操作，具有总线接口的设备也很容易与其他设备一起构成别的系统，这就极大地增进了可通信低压电器的现实发展与应用。由于断路器工作环境比较恶劣，为实现其网络通信功能，需要可靠性强、适合于工业环境使用的通信系统。但由于断路器的位置距离较远，又较为分散，数量较多，为了更好地实现远程的监控和数据采集，通常采用的更加合适的通信方式。国内的主要通信方式有电力载波、微波通信、光纤等。
电力载波是电力系统的基本通讯方式，低压电力载波技术起源于上个世纪90年代，多用于自动化管理方面。电力载波利用电力线，将信号进行高速传播，直接利用配电网络，便于运营和管理。但是干扰严重，通信不具有可靠性。微波通信虽然技术成熟且应用广泛，但是设备前期需要大量资金投资，对地理环境也有要求，并不适合远距离使用。在配电系统中，光纤通信抗干扰能力强，但是投入和维护都较为昂贵，可作为主干线的通信方式，并结合其他方式。
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