【正文】 的力一法是抄表員走家串戶，讀取用戶表計(jì)的數(shù)據(jù)，并記錄在抄表記錄本上 由此生成用戶繳費(fèi)所需的帳單。后來，隨著電腦的廣泛應(yīng)用，采用電腦來加速帳單的生成和防止人為的錯誤。 手持終端 (手持電腦 )自動抄表 :當(dāng)各表計(jì)具有紅外通信、無線電通信、RS232C, RS48電力線載波通信等接口時，手持終端可以通過通信接 口自動讀取表計(jì)的數(shù)據(jù)。用于電力系統(tǒng)的自動抄表系統(tǒng)按其用途分類，主要有用于抄讀低壓電力用戶表計(jì)的抄表系統(tǒng)和用于抄讀變電站 (發(fā)電廠 )關(guān)口及大用戶表計(jì)的抄表系統(tǒng)。 (3) 詳細(xì)闡述了數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)集中器的軟硬件設(shè)計(jì) 。集中器掛接在同一臺配變 器 下的電力線上，根據(jù)設(shè)置的要求定時或隨時通過電力線抄收臺變下所有載波表的測量數(shù)據(jù)并保存 。 圖 22 集中器工作原理框圖 集中器根據(jù)已設(shè)置好的不同的抄表方案對各載波電表實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳送，具有內(nèi)部硬時鐘可與系統(tǒng)進(jìn)行廣播校時，并實(shí)施定時抄表命令，存儲抄表數(shù)據(jù)，可通過各種網(wǎng)絡(luò)媒介與主站完成數(shù)據(jù)交換。下面簡要介紹各組成部分 : (1) 直流電源 :利用 220V 交流電降壓后，經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后分別得到 +24V, +5V. (2) 指示電路 :指出數(shù)據(jù)集中器工作是否正常、欠壓。載波通信接口是利用電力線與載波單表、采集終端進(jìn)行載波通信。所以，凡是數(shù)據(jù)集中器輸出到 D 型插座的信號(RTS,TD,DTR)需將 TTL/CMOS 電平轉(zhuǎn)換成 EIA 電平，凡從 D 型插座輸入給數(shù)據(jù)集中器的信號 (DCD,RD,RI， CTS)需將 EIA 電平轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS電平。由于直接相連，應(yīng)答信號可以免去，只需發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)、地線三根線相連就可以了。為了能用電話線傳輸數(shù)字信號，在發(fā)送端必須先將數(shù)字信號“ 1”與“ 0”轉(zhuǎn)換成 2kHz 與 1kHz 的音頻信號 (屬于模擬信號，在電話線的通帶范圍之內(nèi) )，再調(diào)制到電話系統(tǒng)的載波上，沿電話線傳輸出去，在接收端再進(jìn)行反變換，將模擬信號還原成數(shù)字信號“ 1”與“ 0” 數(shù)據(jù)集中器將數(shù)據(jù)傳送計(jì)算機(jī)。在發(fā)送狀態(tài)時，它把數(shù)字信號調(diào)制成調(diào)頻信號而發(fā)送到電力線上 ［ 8］ 。電流控制振蕩器的中心頻率 fo=65kHz，由 Co 粗調(diào)，Ro 細(xì)調(diào)。 當(dāng) TX IRX 端輸入“ 0”時，集成電路 處于接收狀態(tài)。由于單元式公寓一個單元大多為 1014 戶，所以數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計(jì)為 16 戶。數(shù)據(jù)保護(hù)是數(shù)據(jù)采集終端的關(guān)鍵問題之一。 B、常亮 (設(shè)置參數(shù)時除外 )或常暗，表示數(shù)據(jù)采集終端工作不正 常。片外 EPROM 各戶的表號、電表常數(shù)、底度、功率限額等參數(shù)及整數(shù)值用電量，都保存于這個 EPROM 中。 (1) 直流電源 ， 從 220V 交流電壓經(jīng)變壓 器降壓，整流、濾波及穩(wěn)壓后得到 +24V, +5V, +24V 供載波電路用， +5V 供其他電路用電。 接口介紹 ， (1) 電量轉(zhuǎn)換電路它的作用是電能表每正 轉(zhuǎn)一圈，發(fā)出一個脈沖，供 CPU 計(jì)數(shù)。為了解決因潛 動等造 成的多計(jì)。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 A B 圖 28 電量轉(zhuǎn)換圖 主站 主站在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行電力載波遠(yuǎn)程用電管理軟件，經(jīng)電話網(wǎng)或其他網(wǎng)絡(luò)媒介對集中器進(jìn)行抄表和各種方案設(shè)置，并可通過集中器對載波電表進(jìn)行實(shí)時操作 。 圖 29 主站工作框圖 主站系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)硬件、計(jì)算機(jī)軟件、調(diào)制解調(diào)器、公用電話網(wǎng)或電臺等數(shù)據(jù)傳輸通道。 通過主站 操作，用電管理人員可以隨時獲取所需要的各種數(shù)據(jù)信息，它是本系統(tǒng)最主要的人機(jī)界面。單片機(jī)主要用到 89C51， 89C2051 等， 在設(shè)計(jì)的過程中加進(jìn)一些輔助電路來構(gòu)成遠(yuǎn)程抄表的系統(tǒng)。 圖 31 AT89C51 和 AT89C2051 （ 1） 主要特性： 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 (壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) )； 全靜態(tài)工作：0Hz24KHz； 三級程序存儲器保密鎖定 ； 128*8 位內(nèi)部 RAM； 32 條可編程I/O 線 ； 兩個 16 位定時器 /計(jì)數(shù)器 ； 6 個中斷源 ； 可編程串行通道 ； 低功耗的閑置和掉電模式 ； 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 ； （ 2） 管腳說明： VCC：供電電壓。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。另外，該引腳被略微拉高。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 在正常情況下，由市電轉(zhuǎn)化后的電源供給單片機(jī) 89C51 和單片機(jī)89C2051 工作。與此同時，單片機(jī)還不斷檢測按鍵電平情況，當(dāng)按鍵電平發(fā)生有高到低變化時，單片機(jī)把對應(yīng)用戶的存儲區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)取出并送至數(shù)碼管顯示。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 19 電平轉(zhuǎn)換器MAX235 異步串行收發(fā)器8250 發(fā)送電路 28C256 存儲器 調(diào)制解調(diào)器 PSTN 89C51 單片機(jī) 接收電路 數(shù)據(jù)集中器 數(shù)據(jù)集中器負(fù)責(zé)將所有采集器的數(shù)據(jù)集中存儲至存儲器 28C256 中，并負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)通過 PSTN 網(wǎng)傳送至監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)，具體是通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的。集中器單片機(jī)還不斷檢測中斷接收電路中的遠(yuǎn)端撥號標(biāo)志信號，若檢測到遠(yuǎn)端撥號標(biāo)志信號，就把存儲器 28C256 內(nèi)的數(shù)據(jù)取出通過市話網(wǎng)發(fā)送至遠(yuǎn)端的計(jì)算機(jī)。軟件的功能由各個子程序完成。定時器的預(yù)分頻系數(shù)和初值設(shè)置 ， 串行通信的控制寄存器和波特率寄存器的設(shè)置等，并且調(diào)用數(shù)據(jù)采集與處理子程序?qū)?電 表進(jìn)行流量采集，利用存儲器操作子程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行存取，通過通信中斷子程序響應(yīng)數(shù)據(jù)集中器的命令。 數(shù)據(jù)采集與處理子程序 數(shù)據(jù)采集與處理子程序是數(shù)據(jù)采集器程序設(shè)計(jì)中的重要部分 ［ 13］ 。這樣做主要是為了不丟信號。 通信中斷子程序 ， 通信中斷程序負(fù)責(zé)與集中器的 通信并執(zhí)行數(shù)據(jù)集中器下達(dá)的各項(xiàng)指令，如圖 43 所示。任何一步檢驗(yàn)報(bào)錯均視為干擾信號并中斷檢驗(yàn)，返回到主程序中 。 ③根據(jù)規(guī)定的應(yīng)答幀格式建立應(yīng)答幀 。讀操作是在向數(shù)據(jù)集中器發(fā)送應(yīng)答幀時進(jìn)行的，寫操作是在數(shù)據(jù)采集上來并處理好后進(jìn)行的，這部分非常重要，因?yàn)橄到y(tǒng)一 旦工作后，記錄的數(shù)據(jù)是絕對不能丟失的。對于長時間延時，一般采用循環(huán)來實(shí)現(xiàn) . 數(shù)據(jù)集中器的軟件設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)集中器的軟件功能同樣有很多子程序?qū)崿F(xiàn) ［ 14］ ，其中的通信中斷子程序、存儲器操作子程序、延時子程序都與數(shù) 據(jù)采集器的子程序相同，在本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 調(diào)用通信中斷子程序與上位機(jī)進(jìn)行通信 調(diào)用中斷通信子程序與數(shù)據(jù)采集模塊通訊 圖 45 主程序流程圖 N Y N N Y Y 是否已到 15 分鐘？ 是否收到上位 機(jī)通訊請求 ？ 連續(xù)對 N 個采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 開始 系統(tǒng)初始化 讀取存儲器中的該集中器地址 接收上位機(jī)，屏蔽下位機(jī)，打開通訊中斷 是否收到數(shù)據(jù)采集模塊通訊請求 ？ 此只對其主程序和電源管理子程序作一介紹。通信中斷子程序 2 用來接收抄表器命令并上傳抄表數(shù)據(jù)，其操作和數(shù)據(jù)采集器的存儲器操作子程序類似。GreenLED 閃亮 表示浮充放置。 本系統(tǒng)具有技術(shù)水平高、可靠性好、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、適應(yīng)性強(qiáng)、功能全、模塊體積小、功耗低，系統(tǒng)操作界面簡單易懂、安裝維護(hù)方便。成都電業(yè)局于 1998 年在本市一些片區(qū)投入3000 多萬元推出集中遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，收到了較好的成效?？梢灶A(yù)見該技術(shù)有著廣泛的發(fā)展前景。迅速發(fā)展的通信技術(shù)已經(jīng)成為人們生活不可缺少的一部分。因此自動抄表系統(tǒng)是邁向配電自動化的第一步。電力線載波通信技術(shù)采用配電網(wǎng)絡(luò)本身固有的電力線作為通信介質(zhì)，具有充分利用現(xiàn)有資源、易施工、綜合成本低、不受環(huán)境條件限制等優(yōu)點(diǎn)。 三、研究步驟、方法及措施： 閱讀相關(guān)書籍，借助網(wǎng)絡(luò)資源查閱相關(guān)資料 ,初步了解遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng) ,了解了主要功能部件的工作原理 ,工作的重點(diǎn)放在數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸方面 . 因?yàn)檎n題的方向是民用 ,所以采用低壓電力線載波 ,便對低壓電力線的通信方式進(jìn)行了研究 ,掌握了低壓電力線通信的詳細(xì)資料 . 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 選用合適的單片機(jī)對數(shù)據(jù)采集端進(jìn)行硬件設(shè)計(jì) ,進(jìn)一步了解了 89C51單片機(jī)的各個參數(shù) ,引角功能 ,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了軟 件的設(shè)計(jì) . 對數(shù)據(jù)集中器進(jìn)行設(shè)計(jì) ,結(jié)合數(shù)據(jù)集中器的功能進(jìn)行軟件設(shè)計(jì) . 對上述部分進(jìn)行統(tǒng)一安排 ,編寫論文 . 四、研究工作進(jìn)度： 14 周 查閱資料 ,熟悉研究內(nèi)容 . 58 周 設(shè)計(jì)系統(tǒng)總框圖 ,對重點(diǎn)功能部件重點(diǎn)研究 . 912 周 硬件設(shè)計(jì) 1316 周 軟件設(shè)計(jì) . 1718 周 撰寫論文 五、主要參考文獻(xiàn)： 1. 賈磊 .遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)在中國市場的應(yīng)用及存在的問題 .智能建筑與城市信息， 2021(6):4547 2. 胡蓉，胡科。目前電能無法大量儲存，其生產(chǎn)、傳輸和使用必須在同一時間內(nèi)進(jìn)行。為此，電力部門近期提出“兩網(wǎng)改造”和“城鎮(zhèn)一戶一表”工程的任務(wù)。經(jīng)證實(shí)，系統(tǒng)能很好的運(yùn)行。 二、研究主要成果： 在遠(yuǎn)程抄表的實(shí)現(xiàn)過程中，主要的單片機(jī)用到了 89C51，采用低壓電力線載波傳輸，利用 擴(kuò)頻通信技術(shù)，以寬帶傳輸信息來換取信噪比，來較好的實(shí)現(xiàn)信息傳送。而電能計(jì)量管理系統(tǒng)是其它現(xiàn)代化系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，目前在美國、日本已經(jīng)實(shí)施。隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電力工業(yè)得到了迅猛發(fā)展，電網(wǎng)的負(fù)荷結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，對配網(wǎng)調(diào)度自動化和管理自動化提出了新的要求。 2 系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集模塊的軟硬件設(shè)計(jì)。 目 前 ， 遠(yuǎn) 程 集 中抄 表 技 術(shù) (Remote Concentrated Meter Reading System,RCMRS)主要有專線通信技術(shù)和電力線載波通信技術(shù)。通過自動抄表可以實(shí)現(xiàn)自動、集中、定時地抄錄各用戶的電量，迅速統(tǒng)計(jì)低壓實(shí)時線損，通過銀行向各用戶自動完成轉(zhuǎn)賬收款、電費(fèi)結(jié)算，為供電部門的用電監(jiān)察提供服務(wù)。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 參考文獻(xiàn) 31 參考文獻(xiàn) 1. 胡蓉，胡科。這些需要電力科技工作者不斷努力，拿出更好的產(chǎn)品回報(bào)社會。這套系統(tǒng)的使用極大地減少電力部門的勞動量，為電力企業(yè)上等級和創(chuàng)優(yōu)必將起很大的作用，同時提高了電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理水平，有很好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，對系統(tǒng)稍加擴(kuò)充，便可完成對煤氣表、自來水表的自動抄收，從而推進(jìn)智能化小區(qū)的建設(shè)。本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 啟動恒壓充電 啟動恒流充電 啟動浮充充電 進(jìn)入放置狀態(tài) Y Y N N N Y NN Y N Y 圖 46 電源管理流程圖 電壓低于 ？ 電壓低于 14v？ 電壓低于 ？ 檢測到 220v 電源嗎 檢測到蓄電池嗎 檢測鉛酸蓄電池電壓 開始 結(jié)論 29 結(jié) 論 低壓電力線載波自動抄表系統(tǒng)適用于電力部門對居民區(qū)、工廠、變電所等用電區(qū)域或者居住小區(qū)、工廠內(nèi)部用電狀態(tài)數(shù)據(jù)的管理。 YellowLED亮表示恒流充電 :YellowLED 間隔亮表示恒壓充電 。接收或發(fā)送下位機(jī)時，位機(jī)屏蔽。在通道 A/D轉(zhuǎn)換期間，對通道的操作都會引起模數(shù)轉(zhuǎn)換中斷，造成無法獲得模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果。 ⑤返回主程序。 對通過校驗(yàn)的不同命令幀，數(shù)據(jù)采集器處理方法有所不同，但差別不大，均需經(jīng)歷以下幾步 : ①檢驗(yàn)命令所指采集器地址與采集器地址是否一致 。 當(dāng)數(shù)據(jù)接收完畢之后，需對命令幀進(jìn)行檢驗(yàn)，保證命令幀的可靠性。采樣 電 路標(biāo)定結(jié)果 如表 41 所示。數(shù)據(jù)采集與處理子程序的程序流程圖如圖 42 所示。 在主程序設(shè)計(jì)中，為了滿足系統(tǒng)的低功耗，在硬件上做到選擇合適的低功耗芯片，實(shí)現(xiàn)低功耗的目的。 主程序 主程序首先對單片機(jī) 進(jìn)行初始化，還包括堆棧指針設(shè)置 。 圖 33 集中器線路示意圖 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 21 第 4 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 在程序設(shè)計(jì)方面，主要對數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)集中器兩個主要部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 在這里，單片機(jī)每隔 24h 通過發(fā)送電路依次發(fā)出指令至所有采集器，由于每個采集器有唯一的地址碼，所以