多芯模组化设计理念框架下的智能电表设计

随着泛在电力物联网的发展，对智能电表的性能和功能提出了更多更高的要求。在此背景下，根据“多芯模组化”的设计思想，完成了新一代智能电表的研发。首先通过调研和阅读电表行业一系列规范标准，明确了智能电表的需求并设计了智能电表框架，然后根据系统硬件框架完成了硬件电路的设计，接着在硬件的基础上进行了软件设计。最后通过一系列试验测试了该智能电表的性能
第一章 绪论

1.1 课题来源

本课题来源于研究生联合培养示范基地项目。自 2019 年开始，国家电网多次组织相关行业探讨新一代智能电表的研发、标准制订工作。在此背景下，公司展开了新一代智能电表研发，这一研究具有较强的实际应用价值和理论研究意义。

1.2 研究背景与意义

随着全球能源结构的调整，人们对电力能源的需求与日剧增，电力能源在能源供应中的比重逐步上升。现有的电网将无法满足未来人们对电力能源的需求，大部分国家进行新型电网建设。在此背景下，国家电网在 2019 年提出了建设“三型两网、世界一流”具有全球竞争力的电力能源互联网的战略目标[1][2] ,其中的“两网”指的是坚强智能电网和泛在电力物联网（Ubiquitous Electric Internet of Things，UEIOT）[3][4]。近几年国家电网把 UEIOT建设作为新型电网建设的首要任务，并投资了大量人力物力。UEIOT从结构上来看由四层组成，分别为感知层、网络层、平台层、应用层[5][6]。从关键技术

和核心产品来看包含着智能传感器及智能终端、物联网平台、一体式通信网络、人工智能、智能芯片、网络信息安全[7][8]。智能电表属于感知层，充当着智能传感器及智能终端的角色。UEIOT 的发展也对智能电表提出了更多更高的要求，智能电表的发展和技术革新对 UEIOT 的发展极其的重要。

第二章 总体设计

本课题根据“多芯模组化”设计理念完成了智能电表设计。智能电表的设计首先要根据市场调研和相关资料确定电表的规格参数和需求，然后根据规格参数和需求完成智能电表的硬件整体结构和软件架构的设计。为了保证开发效率和产品质量，智能电表设计需要遵循一定的设计原则，按照一定的设计步骤。

2.1 设计原则与设计步骤设计原则

为了增加产品的开发效率，保证产品质量，减少开发成本。智能电表的设计及实现需要遵循如下几条原则：

（1）自上向下设计原则

自上向下的设计原则也称为从整体到局部设计原则，即根据电表系统的需求确定系统设计的总任务，绘制系统硬件和软件的总体框图[21][22]。然后将任务划分成一系列子任务，尽量保证每个子任务相对简单并可以单独进行设计和调试，与其他任务的耦合性弱。这种设计原则能简化设计过程，缩短开发周期，并且结构灵活，便于团队分工合作、功能扩充和版本更新，增加了系统的适应性。

（2）较高性价比设计原则

智能电表的设计不能过于追求高级、复杂的方案。在满足系统性能要求的情况下，尽量使用简单成熟的方案。在智能电表设计时，需要考虑硬件设计和软件开发等研发费用、电表的硬件成本以及后期的维护费用、安装费用等[23]。在综合考虑这些因素后再选择合理的设计方案。

2.2 规格参数与需求分析规格参数

（1）额定频率