【正文】 報表的生成等工作。遠程終端與供變電設(shè)備放置在一起，能夠在無人干預(yù)的情況下，實現(xiàn)將各個遠端站點的各相電流、電壓、電功、電功率、功率因素、無功功率等數(shù)據(jù)以點播的方式通過移動基站以短消息形式隨時采集到服務(wù)控制中心；也可以通過設(shè)置按所設(shè)置出時間及時將數(shù)據(jù)采集到服務(wù)控制中心。遠程抄表系統(tǒng)是把變電所安裝在各條線路上的電能計量表及主變表讀數(shù)，在同一時間或人工隨機選定的時間抄錄下來，并及時準(zhǔn)確的傳送到電力銷售中心的主控 計算機。電力銷售中心的工作人員能夠?qū)κ盏降臄?shù)據(jù)進行分析，以便及時發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)供電量異常，分析原因及時調(diào)整，最大限度的減少電量損失。 畢業(yè)論文 4 系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)要求 實現(xiàn)遠程抄表系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 于 ：系統(tǒng)通訊協(xié)議的制訂；數(shù)據(jù)的可靠 采集和 傳遞；數(shù)據(jù)的有效管理等。下面具體論述這三個關(guān)鍵技術(shù)。 一． 系統(tǒng)通訊協(xié)議的制訂 ： 通信協(xié)議所要解決的首要問題，是在智能設(shè)備終端和監(jiān)控系統(tǒng)（計算機）之間實現(xiàn)準(zhǔn)確的通信，并且能夠提供可靠的通信，應(yīng)該能夠提供高效的通信。從各部分的特性上劃分，通信協(xié)議包含了硬件和軟件兩方面的內(nèi)容。硬件包括通信接口 的機械、電氣特性定義、傳輸介質(zhì)、聯(lián)接和拓撲方式等；軟件包括數(shù)據(jù)內(nèi)容、格式的定義、通信機制、命令和應(yīng)答的格式和意義、校驗方式等。在有些情況下，通信協(xié)議也常用來專指上面的軟件部分，而把硬件部分稱為通信接口或物理接口。 通常制訂一個通信協(xié)議需要考慮以下幾方面的因素 ： （ 1）對監(jiān)控量的數(shù)量和類別的要求 ： 不同的智能設(shè)備所需監(jiān)控的量的多少是不一樣的。有些設(shè)備只需對少量的量進行監(jiān)控；而有些設(shè)備所監(jiān)控的量非常多，且監(jiān)控類型也不盡相同。因此，制訂通信協(xié)議時必須考慮設(shè)備所包含監(jiān)控量的特性，定義出能夠滿足各種監(jiān)控量的需要的數(shù) 據(jù)格式；同時應(yīng)考慮數(shù)據(jù)量大小，確定合理高效的數(shù)據(jù)組織形式和通信機制。 （ 2）對效率（實時性）的要求 ： 通信速率取決于接口特性及硬件水平，通信速率越高，協(xié)議效率越高，同時對硬件的要求也越高。盲目地追求過高的通信速率會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸可靠性下降。 （ 3）對可靠性的要求 ： 不同的設(shè)備運行于不同的環(huán)境中，其通信受干擾的程度也就不同。對可靠性要求較高的監(jiān)控，必須針對使用環(huán)境選擇適當(dāng)?shù)慕涌诤蛡鬏斀橘|(zhì) 、通信速率、數(shù)字信號碼型、通信機制、傳輸方式、編碼方式、校驗方式等 ； 接口采用差分信號的 RS485/422 的抗干擾能 力強，傳輸距離遠；傳輸介質(zhì)采用屏蔽線纜抗電場干擾能力強于非屏蔽線纜。 （ 4）對協(xié)議可擴充性、兼容性的要求 ： 通信協(xié)議應(yīng)具有較好的可擴充性和向下兼容性，以保持產(chǎn)品應(yīng)用的延續(xù)性。協(xié)議制訂之初，就應(yīng)考慮到今后產(chǎn)品升級、應(yīng)用擴充可能帶來的新的需求，在編碼、數(shù)據(jù)格式和組織形式等方面進行一定的預(yù)留，以保證協(xié)議的可擴充性；對協(xié)議的核心部分 通信機制、數(shù)據(jù)和命令格式的設(shè)計，要具有超前意識，一旦確定，將來在協(xié)議升級時就不應(yīng)輕易改動，以保證協(xié)議的延續(xù)性和兼容性；對舊版協(xié)議的畢業(yè)論文 5 升級也應(yīng)盡量保留原有數(shù)據(jù)和命令的定義，而后在其上增加 新的內(nèi)容，以保證向下兼容。 （ 5）對適用性的要求 ： 通信協(xié)議的制訂還應(yīng)考慮到使用環(huán)境的多樣性，同時提供多種通信接口，允許多種傳輸介質(zhì)，允許多種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，甚至針對不同的應(yīng)用平臺開發(fā)出不同的應(yīng)用層協(xié)議。這是對通信協(xié)議的較高的要求。 二． 測量數(shù)據(jù)的可靠傳遞 數(shù)據(jù)的可靠傳遞依賴于良好的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸信道的構(gòu)建，在上面已經(jīng)較詳細地闡述了通信協(xié)議的制訂規(guī)則，那么數(shù)據(jù)信道的構(gòu)建也需要合理的考慮 數(shù)據(jù)信道的構(gòu)建包括兩方面，數(shù)據(jù)傳輸通道信道和數(shù)據(jù)通道的鏈接形式。 （ 1） 數(shù)據(jù)傳輸通 道信道： 信道是數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ溃?括物理介質(zhì)與傳輸方式。物理介質(zhì)包括：雙絞線、同軸電纜、光纖、大氣等 。 而傳輸方式有：基帶傳輸、頻帶傳輸?shù)?。基帶傳輸件接口簡單，傳輸距離近，信號抗干擾性能差；頻帶傳輸又叫載波傳輸，信號抗干擾性能強，傳輸距離遠，但硬件接口復(fù)雜，造價較高。大部分數(shù)字通信接口采用的都是基帶傳輸。低壓載波方式及基于 LONWORKS 現(xiàn)場總線技術(shù)的遠程抄表系統(tǒng)都屬于頻帶傳輸方式。在數(shù)據(jù)傳輸信道的選擇上，須根據(jù)小區(qū)的地理環(huán)境、布局情況、間距跨度等情況，按照費用 效能均衡原則，來確定數(shù)據(jù)傳輸信道。 （ 2）數(shù)據(jù)通道的鏈接形式 ： 數(shù)據(jù)傳輸通道的鏈接 形式按照拓撲方式劃分，有星型、總線型、樹型、環(huán)型等。對于小區(qū)抄表系統(tǒng)，由于每個住戶的數(shù)據(jù)量不是很大，匯集到集中器，再到數(shù)據(jù)管理中心，數(shù)據(jù)量擴大，而且隨著小區(qū)規(guī)模的擴大，數(shù)據(jù)量也將不斷增大。為了能夠在現(xiàn)有系統(tǒng)的框架上擴展住戶量，采用系統(tǒng)總線、用戶總線分開的二級總線結(jié)構(gòu)，它基本上是一種自由拓撲形式。這種分級總線方式，也有利于基帶傳輸數(shù)據(jù)的傳輸速率的控制，提高數(shù)據(jù)的傳輸可靠性。 對于以樓房為主、地勢較為平坦的小區(qū)，自動抄表系統(tǒng)數(shù)據(jù)通道的鏈接形式，易采用二級總線雙絞線鏈接方式，即在數(shù)據(jù)管理中心與數(shù)據(jù)集中器之間采用一 級總線鏈接；在數(shù)據(jù)集中器與采集器之間采用二級總線。這樣，可以簡化施工線路連接，降低設(shè)計施工成本。 對于地勢較為復(fù)雜，牽線施工難于實現(xiàn)的小區(qū)或是小區(qū)內(nèi)某些區(qū)域，可以采用無線方式進行數(shù)據(jù)傳遞。采用無線方式需要注意天線的布設(shè)位置、發(fā)射功率、接收靈敏度，以及無線頻點的申請等方面的因素。從價格方面與有線方式連接對比，它的造價較高。 三 .數(shù)據(jù)的有效管理 ： 為了滿足數(shù)據(jù)的真實、可靠，避免在小區(qū)管理中出現(xiàn)抄表數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)遺漏等問題，必須要求原始數(shù)據(jù)有高的計量精度、可靠度、安全性以及無揮發(fā)性。 畢業(yè)論文 6 本系統(tǒng)為遠程抄表 的終端設(shè)計，是一個 10KV380V 的電壓監(jiān)控器。要實現(xiàn)兩個功能：數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸。終端需要通過 485 總線（最多掛 30 個電表），遵循 DL/T6451997《多功能電能表通信規(guī)約》，采集電表數(shù)據(jù)，然后通過西門子 TC35I（ GSM 模塊）把數(shù)據(jù)發(fā)送到控制中心，其中也要有自己的通訊協(xié)議。 設(shè)計方案 在設(shè)計遠程自動抄表系統(tǒng)時，應(yīng)考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、工程實施的可行性、系統(tǒng)兼容性及可擴展性，同時還應(yīng)使該系統(tǒng)具有投資少、見效快、應(yīng)用范圍廣泛等特點。 隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了電力線載波方式、電話線撥 號方式、 RS485 串行總線通信方式、 GSM 通信方式等等方式，下面對各種方案的優(yōu)缺點進行說明。 一 . 電力線載波方案： 低壓電力線載波通信是指將欲傳遞的信息通過一定方法加載到 220V 交流電網(wǎng)上進行傳輸?shù)姆绞健Ｔ摲桨傅淖畲蠛锰幨侵灰须娋W(wǎng)的地方都可以通信，不必另外架設(shè)通信線。不足之處是很容易受到干擾，誤碼率較高，傳輸速率較低。 二 . 電話線撥號方案： 當(dāng)主站電腦與集抄器相距較遠時，可采用這種方案。主站電腦和集抄器各自通過調(diào)制解調(diào)器 (MODEM)與電話網(wǎng)連接，理論上講，只要通電話的地方，都可采用此方案。因此它的傳 輸距離不受限制。這種通信方式的可靠性會受電話網(wǎng)傳輸質(zhì)量的影響。同時，主站無法對抄表進行操作，無法做到數(shù)據(jù)的實時采集。 三 . RS485 串行總線通信方案： 當(dāng)主站電腦與抄表之間有一定距離，并且一個項目中有多臺抄表時，可采用這種通信方式。該方式要求集抄器具有上行 RS485 通信接口，主站電腦也通過一個 RS232/RS485 轉(zhuǎn)換器與串行總線相聯(lián)。理論上，電腦與抄表間的最大距離可達到 1200 米，如增加中繼器則還能延長傳輸距離。這種方案的另一個特點是可以連接多臺抄表 (最多 255 臺 )，因此適用于比較大型的項目。這種通信方 式的傳輸可靠性較高，傳輸速率也較快。 四 . GSM 通信方案： 當(dāng)主站電腦與抄表相距很遠，并且無法采用電話撥號時，可選用該無線方案。 本課題采用此方案。 構(gòu)建抄表系統(tǒng)時，完全可以利用現(xiàn)成完善的 覆蓋全國的 GSM 數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng) ，已能很好的滿足電力數(shù)據(jù)遠程采集與無線傳輸系統(tǒng)這個大項目的要求。GSM 網(wǎng)絡(luò)而不必重新建設(shè)新的基站。 畢業(yè)論文 7 圖 GSM 傳輸實現(xiàn)框架 如上圖，基于移動運營商無線網(wǎng)絡(luò)的抄表系統(tǒng)必須在管理中心和集中器中加裝無線通信模塊，利用其 RS232 標(biāo)準(zhǔn)的接口和單片機連接在一起，構(gòu)造出一個可利用標(biāo)準(zhǔn) Hayse AT命令集驅(qū)動控制的、具有無線收發(fā)功能的集中器。如上圖，用電管理中心與各個集中器都裝有這種無線通信模塊，它們之間的通信通過撥號接入 GSM 網(wǎng)，以短消息 SMS 的模式進行上傳數(shù)據(jù)，下達命令。 畢業(yè)論文 8 第三章 遠程抄表終端實現(xiàn) 總體架構(gòu) 本系統(tǒng) 主控單元是 W78E516B 單片機，利用標(biāo)準(zhǔn)的串口和 GSM 模塊連接在一起，構(gòu)造出一個可利用標(biāo)準(zhǔn) Hayse AT 命令集驅(qū)動控制的、具有無線收發(fā)功能的集中器。 下面是本系統(tǒng)的硬件框架： 圖 硬件整體構(gòu)架 該系統(tǒng) 有獨立的電源模塊，通過 LM2576 開關(guān)穩(wěn)壓集成電路和 7805 芯片構(gòu)建了系統(tǒng)電壓 。 單片機由于要地址線和數(shù)據(jù)線復(fù)用所以 MCU 通過 373 進行地址瑣存并由 DS1230Y100擴展了存儲器， MCU 與 550 有一中斷控制 INPRT 相接， 550 異步通訊單元擴展了串口，其畢業(yè)論文 9 串口由 232/485 電平轉(zhuǎn)換后連接電表。具體數(shù)據(jù)流程為，電表數(shù)據(jù)通過 485 總線（最多掛30 個電表），遵循 DL/T6451997《多功能電能表通信規(guī)約》，經(jīng) MAX232A 進行電平轉(zhuǎn)換，把數(shù)據(jù)傳于 550 后再傳送至單片機， MCU 串口與 TC35I 相連，再通過西門子 TC35I（ GSM 模塊）把數(shù)據(jù)發(fā)送到控制中心。另外 還加了一個芯片 X25045，一方面起到看門狗作用和電源電壓監(jiān)控作用，另一方面 終端把一些系統(tǒng)數(shù)據(jù)保存在其內(nèi)部的 EEPROM，如短信控制中心號碼，電表地址信息等，可以起到掉電保存的作用。 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo) 遠程終端輸入電壓： 220V； 終端輸入電流： （最大電流）； 工作溫度： 20℃ +70℃； 傳輸數(shù)據(jù)誤碼率：≤ 10－ 5； 數(shù)據(jù)采集時間：≤ 5分 /次。 硬件各模塊的實 現(xiàn) 本系統(tǒng)選用 W78E516B 芯片，其功能敘述如下： 它 是具有帶 ISP 功能的 Flash EPROM 的低 功耗 8 位微控制器； ISP 功能的 Flash EPROM 可用于固件升級。它的指令集同標(biāo)準(zhǔn) 8052 指令集完全兼容。 W78E516B 包含64K 字節(jié)的主 ROM、 4K 字節(jié)的輔助 ROM。（位于 4K 字節(jié)輔助 ROM中的裝載（ loader）程序，可以讓用戶更新位于 64K 主 ROM中的程序內(nèi)容。） 512 字節(jié)片內(nèi) RAM， 它被分成了 2 個區(qū)，一個 256 字節(jié)的暫存 RAM 區(qū)，和一個 256字節(jié)的輔助 RAM區(qū)。這些 RAM通過不同的方式尋址； 4 個 8 位雙向、可位尋址的 I/O 口；一個附加的 4 位 I/O口 P4； 3個 16 位定時 /計數(shù)器及一個串行口，一個內(nèi)部 74373 鎖存器和 74244緩沖器。處理器支持 111 條不同的操作碼，并可訪問 64k 的程序地址空間和 64k 的數(shù)據(jù)存儲空間。這些外圍設(shè)備都由有 6 個中斷源和 2 級中斷能力的中斷系統(tǒng)支持。 兩個附加的外部中斷 2 INT / 3 INT ，與標(biāo)準(zhǔn)的 80C52中的外部中斷 0和 1的功能相似。這些中斷的功能 /狀態(tài)由 XICON（外部中斷控制）寄存器中 的位設(shè)置 /表示。 XICON寄存器是可位尋址的，但不是標(biāo)準(zhǔn)的 80C52中的標(biāo)準(zhǔn)寄存器。其地址為 0C0H?？捎?“SETB （ /CLR）畢業(yè)論文 10 bit” 指令來置位 /清零 XICON寄存器中的各個位。 W78E516B 有 2 種節(jié)電模式，空閑模式和掉電模式， 2 種模式均可由軟件來控制選擇?？臻e模式下，處理器時鐘被關(guān)閉，但外設(shè)仍繼續(xù)工作。在掉電模式下晶體振蕩器停止工作，以將功耗降至最低。外部時鐘可以在任何時間及狀態(tài)下被關(guān)閉，而不影響處理器運行。該芯片是 8051升級版，對于工程較大的該系統(tǒng)選用 W78E516B是性價比很合理的。 表 W78E516B 管腳功能描述 下圖是 W78E516B 芯片的典型接法，內(nèi) 含一個內(nèi)置的晶體振蕩器，為使振蕩器工作，必須在 XTAL1 和 XTAL2 管腳之間連接一個石英晶體。另外，必須分別在這兩個管腳和地之間連一個負載電容；當(dāng)頻率高于 24MHz 時，需要在 XTAL1 和 XTAL2 管腳間接一電阻，以防止 DC 偏壓。另外單片機的 INT0 端是接 16C550 端的 INPRT，為了實現(xiàn)中斷控制。 在原理圖畢業(yè)論文 11 中采用了 DS1230Y100（ 28）進行外部程序存儲器的擴展。把單片機的 AD15 給了片選，所以構(gòu)成 低八位和高七位，擴展 成為 32K 存儲器。 圖 單片機及外部擴展 在 RST 端接一極電容接電源和一電阻接地，電容在剛上電時導(dǎo)通，而 RST 高電平復(fù)位，故能保證單片機在剛上電時復(fù)位；時間增加后電阻起作用則電平拉低，單片機正常運行。原理圖中 P1 的八個端口均接一電阻再加電源是為了上拉電平增強其驅(qū)動能力。地址和數(shù)據(jù)線復(fù)用故需要采用 74373 進行地址鎖存。 在主控單元中還加入了 X25045 作看門狗，是美國 Xicor 公司的產(chǎn)品，它將三種功能：電壓監(jiān)控、看門狗定