【正文】 40 40 (1)集中器載波模塊的結構框圖 圖 321 集中器載波模塊的結構框圖 各部 分功能說明如下： a)三相信號耦合電路： 為弱電和強電之間提供載波信號通路； b)信號輸出放大電路： 對 PLCI38‐ IV 輸出的小信號進行放大，從而提高載波通信的距離； c) 三相切換濾波電路： 對信號輸出放大電路放大之后的信號進行三相切換； d)三相信號輸入濾波電路： 對從電力線上引入的信號進行濾波，從而提高載波信號接收性能； e)三相過零檢測電路： 用于檢測工頻交流電的過零點信息，為零點同步提供依據(jù)； f) 接口電路： 為載波路由模塊與集中器之間建立信號通路。 由于 LTC485 為 半雙工 的運行模式， S3C2410 會通過 一個通用 I/O 口 去管理信息的傳送狀態(tài)。 電路如圖 313： 圖 313 計量芯片電路圖 （ 3）控制模塊 微處理器是整個智能電表的控制管理核心， S3C2410 主要面向手持設備以及高性價比、低功耗的應用。 而三個電流輸入端的最高信號電壓差則是 34 34 177。此次設計采用東華 WXHAT35TG2001 在 320*240 分辨率下可提 供 16 位彩色顯示。 LCD 接口電路設計 這一種設計主要是對顯示器的改進，本設計采用了 TFT 型液晶顯示器 ， 這種顯示器一般情況下會通過手機一些通訊設備對一些顯示器件進行分類。其操作的范圍主要為0x00000002。 （ 2）本設計核心板上擴展 有一片 NOR FLASH（ SST39VF1601）和一片 64MB的 NAND FLASH(K9F1208)。 HY57V561620 的 BA0、 BA1 是一個重要的地址選擇路線，這樣的內(nèi)存狀態(tài)中， SDRAM 將會是最高的一個尋址，如果將其內(nèi)存進行改變，那么將會直接的影響到引腳的狀況和 S3C2410 的 ADDR24。在輸出電源信號中，其信號波也會根據(jù)相應狀況出現(xiàn)一些問題。因此 0 歐姆的電阻將會被拆除，并會將地址進修改。 復位模塊電路設計 ARM 芯片 的高速運轉(zhuǎn)、低工作形式也將會導致噪聲的最低限度，時鐘的穩(wěn)定性也是一個重要的形式，同時也提供出了高的要求。 （ 15） 另外還有一定的 RTC 功能； （ 16） 在對這些硬盤的應用中，還要對 PLL 進行利用。 （ 4） 在 LCD 控制器中，還要把這些具體的色彩以及相應的 TFT 進行結合，這樣就能夠提供出更為準確的 LCD。 ARM920T 還是一種比較實用的數(shù)據(jù)分析， MMU 的利用會使整個高速緩存 出現(xiàn)一些獨立的指令。這已經(jīng)成為微處理器的一種重要的形式，其 32位的事業(yè)領域也相當標準。存儲器主要用 于存儲參數(shù)、變量、集中器自身的參數(shù)、所負責電表的參數(shù)以及電表電量等；實時時鐘為集中器定時抄表提供時間標準；集中器與主站之間通過通信模塊進行通訊；集中器與載波智能表之間通過載波模塊進行數(shù)據(jù)的采集。集中器的主要功能有： (1) 采集功能 集中器可根據(jù)主站發(fā)出的抄表任務進行歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)的召測。 20 20 圖 22 抄表系統(tǒng)各組成 抄表系統(tǒng)各組成部分的功能是 : (1) 智能電能表 為實現(xiàn)電能表的遠程采集，智能電能表除了能夠保存符合采集需要的各種數(shù)據(jù)，還應具有將各種數(shù)據(jù)進行調(diào)制的載波模塊。 （ 8）數(shù)據(jù)域的重要成員：數(shù)據(jù)標識 數(shù)據(jù)標識用四個字節(jié) DI3DI2DI1DI0 區(qū)分不同數(shù)據(jù)項目，協(xié)議中規(guī)定了各種數(shù)據(jù)標識碼對應的電表操作功能，終端通過下發(fā)不同數(shù)據(jù)表示的幀來實現(xiàn)對電表的不同操作。 表 214 SEQ 定義 D7 D6 D5 D4 D3D0 TpV FIR FIN CON PSEQ∕ RSEQ 多功能電能表與終端通信的協(xié)議為 DL/4507 規(guī)約。在無效的地址中， A3 的定位還會出現(xiàn)一些偏差。 ACD 主要還設有 “ 1”和置“ 0” 的狀態(tài)： —— 在上次的報文中，新的重要事件是比較重要的一個形式，其位置為 1； —— 在這些主站請求過 程中，還要針對報文來進行執(zhí)行。 FCB 主要是防止信息運輸?shù)闹饕獱顩r和重復情況。 (2)鏈路層 1)長度 L 長度 L 包括協(xié)議 .標識和用戶數(shù)據(jù)長度，由 2 字節(jié)組成，如表 27： 表 27 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 長度的定義 在這些協(xié)議標識中， D0~D1 兩位編碼 都是有自身定義的： 這種形式主要為禁用狀態(tài)； 主要是為電力負荷的系統(tǒng)數(shù)據(jù)； —— 在本協(xié)議的使用過程中； 14 14 —— D0= D1=1， 主要為保留狀態(tài)。 表 25 不帶基站的無線通訊技術 12 12 序號 通訊技術 覆蓋范圍 聯(lián)網(wǎng)能力 典型應用 優(yōu)點 缺點 1 紅外技術 (IR) 視距以內(nèi) ，中間無障礙物 無 遙控器 成本 通訊距離 2 433M RF 自由空間200m 無 汽車門鎖 對講 成本 聯(lián)網(wǎng)能力 公共頻段，易受干擾 3 藍牙 10 到 100 米間 非網(wǎng)狀 耳機 快速 覆蓋距離 4 WiFi 困難 無線上網(wǎng) 極高數(shù)據(jù)率 功耗 覆蓋距離 比較昂貴 5 UWB 小于 10 米 無 視頻和高速數(shù)據(jù) (USB)解決方案 速度極高 覆蓋距離 6 Zigbee 戶外最大覆蓋距離為400 米 ,室內(nèi)最大覆蓋距離在 30 米 。 帶基站的技術的好處一定是功率大，穿透能力強，通訊穩(wěn)定。 通過以下圖表 23 對照，我們可以了解到：成本較高，網(wǎng)絡技術完善的載波抄表技術，實時通訊的抄收成功率會好一些，通訊速率也更快速。 從使用的帶寬角度來說，電力線載波通信分為寬帶電力線載波通信和窄帶電力線載波通信。本文中首先對集中器的各功能模塊進行電路設計，然后對載波模塊和無線通信模塊進行設計，最后對模塊的工作流程進行了簡單的介紹。抄表方式多樣化：單表、多表。作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，智能抄表技術的研究工作已經(jīng)取得了很大的成果。 參 考 文 獻 ............................................................................................................................ 57 5 5 第 1 章 緒論 課題的提出和意義 隨著中國城鎮(zhèn)化建設和 智能電網(wǎng)的建設，傳統(tǒng)的抄表收費方式已經(jīng)不能滿足供電企業(yè)信息化的要求，主要表現(xiàn)在一下幾方面： 智能表的推廣和高樓層的建設，使得抄表員的勞動強度大幅提高。 本文首先分析了遠程用電采集系統(tǒng)的通信方式；重點討論了無線通信和載波通信的應用；深入研究了 ARM(Acorn RISC Machine)微處理器各模塊以及載波模塊和無線通信模塊的設計。在此基礎上， 采用 ARM 微處理器和載波模塊 實現(xiàn)了遠程用電采集系統(tǒng)中集中器與終端載波智能表之間可靠的數(shù)據(jù)傳輸，而無線通訊模塊則保證了主站與集中器之間的雙向通訊。 抄表工作中，人為干預的因素明顯，存在估抄、漏抄和錯抄現(xiàn)象，供電企業(yè)不能了解用戶用電的實際情況，給供電企業(yè)的電費核算和用電稽查增加困難。以 色列尤尼克（ Unique）技術公司開發(fā)了 collector集中抄表系統(tǒng)，利用現(xiàn)有的電網(wǎng)和電表，以電力線作為信息傳遞媒介，建立數(shù)據(jù)采集通信系統(tǒng)，通過線載波技術將信息遠距離傳送。系統(tǒng)功能逐步完善，除抄表外，還具有線損統(tǒng)計、用電考核、遠程控制、自動收費并與銀行聯(lián)網(wǎng)等。 第 2 章 用電采集系統(tǒng)總體設計 7 7 用電采集系統(tǒng)總體結構設計 用電采集系統(tǒng)是一個集抄表、傳輸以及通訊監(jiān)測等功能的完整的控制體系，最上層的大腦即主站，由各種服務器組成，配備管理軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取、用電情況的統(tǒng)計等功能。所謂電力線寬帶 （ Broadband over Power Line， BPL）通信技術就是指帶寬限定在 2～ 30MHz 之間、通信速率通常在 1Mbit／ s 以上的電力線載波通信技術，它多采用各種擴頻通信技術，是目前研究“四網(wǎng)（寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)、電話網(wǎng)、有線電視網(wǎng)和低壓配電網(wǎng)） 融合”的關鍵技術之一。 10 10 表 23 載波抄表技術比較 廠家 1 廠家 2 廠家 3 廠家 4 廠家 5 載波方式 PSK 相位調(diào)制技術加直序擴頻 PSK相位調(diào)制技術加直序擴頻 FSK 頻率調(diào)制技術加直序擴頻 BPSK 加智能跳頻技術 MCM 多 載波技術，每個碼元四個頻點 頻點 270Khz 120Khz 150KHZ 6090khz 110140khz 15khz150khz 載波速率 300BPS 500BPS 600/1200BPS 5400BPS 2400BPS 自動上報功能 無 無 無 有 有 抗干同頻干擾性 一般 一般 一般 較好 好 路由技術 簡單 簡單 簡單 完善 簡單 網(wǎng)絡技術 支持網(wǎng)絡通訊 3 層協(xié)議 支持網(wǎng)絡通訊 3層協(xié)議 支持網(wǎng)絡通訊 3 層協(xié)議 支持網(wǎng)絡通訊 7層協(xié)議 支持網(wǎng)絡通訊 3層協(xié)議 推廣 度 大 大 大 國外多 歐洲采用 成本 低 低 中 高 高 優(yōu)點 成本 成本 成本 實時性 抗干擾 缺點 速度，抗干擾能力 成本 通訊效果 網(wǎng)絡負載重的情況下很難抄回，每天一次的抄到率尚可。 表 24 通訊技術 序號 通訊技術 頻點 覆蓋 范圍 典型應用 優(yōu)點 缺點 1 PHS 300500m 小靈通 沒有合適的頻段 終端成本和設備成本都較高 1km 2 Wifi 300m 無線上網(wǎng)卡 公用頻段 成本高 覆蓋范圍太少 500m 3 GSM 450M 900M 1800M 1900M 10km 移動 通訊穩(wěn)定 設備供應商眾多 頻點需要申請 4 CDMA 870M 10km 聯(lián)通 通訊效果沒有 GSM 好 5 SCDMA 1880M 20xxM 1030km 3G 通訊穩(wěn)定 成本高 450M 30km 大靈通 覆蓋范圍最寬 設備供應商太少 通過上表 24 與下表 25 比較，我們可以發(fā)現(xiàn)，帶基站的通訊技術，特別是GPRS/CDMA 等成熟的通訊技術，可以完成實時通訊和遠程控制，但是如果是自己建設網(wǎng)絡，一次性的投入比較大。 網(wǎng)狀 家庭自動化 成本低 低功耗 穿墻問題，最多只能穿透一堵墻 通訊規(guī)約 電力載波居民集抄系統(tǒng)集中器上行通信規(guī)約 電力載波居民集抄系統(tǒng)集中器上行通信規(guī)約為 DLT/698 規(guī)約。 在這些數(shù)據(jù)的長度中，主要為 L1：這些主要由 D2~D15 來進行組合，在采用 BIN 編碼的過程中，主要是對地址以及所用的數(shù)據(jù)來進行對字節(jié)的劃分。 從一個從東站向另一個啟動站輸送響應時，將會使 FCB 取相反值。 e) 幀數(shù)的有效位還應該在 FCV 中來實現(xiàn)。也可以用 1 來進行標識。幀地址如圖所示，下面對該協(xié)議進行簡要說明。 （ 9）數(shù)據(jù)類型分為七類：電能量、 最大需量及發(fā)生時間、變量、事件記錄、參變量、凍結量、負荷記錄。 (2)載波模塊 載波模塊實際上是智能表和數(shù)據(jù)集中器中間的一個橋梁，它的主要功能在于同時對多個用戶電能表的數(shù)據(jù)，并進行調(diào)制和解調(diào)，送到集中器上。 (2) 參數(shù)設置功能 可通過主戰(zhàn)對集中器進行參數(shù)設置，包括小區(qū)所有電能表的端口號、波特率以及表地址等。集中器的組成結構框圖如圖 31 所示。 S3C2410 是 Samsung 公司 最新推出的一個處理形式，其主要的特點就是有著較高的性價比以及獨特的設備運用信息。這些數(shù)據(jù)的分析中還要由 8 個字長來進行分析和了解，這樣的組成形式也是一種非常必要的組成形式。 （ 5） 4 通道中，還要接收一定的外部請求觀念，從而形成引腳端。 24 24 圖 32 ARM920T 內(nèi)部結構方框圖 圖 33 S3C2410A 內(nèi)部外圍接口方框圖 25 25 時鐘?？祀娐吩O計 S3C2410 的 主時針將會對準外部的一些時鐘鏈 接，另外還要選擇出 3 種信號來進行對 CPU 的使用，分別會利用 FCLK，這幾種管理上的分類也是一個重要的信息來源。 系統(tǒng)復位電路設計原理圖如圖 35 所示。 電源電路模塊設計