【正文】 模塊 系統(tǒng)工作原理 集中器 數(shù)據(jù)集中器在抄表系統(tǒng)中起著很重要的作用，工作原理如圖 22 所示。其中 RS232 接口和 RS485 接口是通過(guò)電纜進(jìn)行抄表器通信、計(jì)算機(jī)通信。 (2) MODEM 功能 EIA 電平在 30m 距離內(nèi)傳輸，衰減后仍能辨認(rèn)，所以數(shù)據(jù)集中器與抄表器之間通信，只需通過(guò) D 型插座將它們相連就行了。 (3)載波通信接口 本接口的核心是電力線載波通信集成電路。 B、接收電路 。 附加電路 ,為確保數(shù)據(jù)采集終端安全可靠地運(yùn)行 ［ 10］ ，除上述主要組成部分之外，還有許多附加電路，如看門(mén)狗、掉電檢測(cè)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、狀態(tài)指示電路、蜂鳴器、片外 EPROM 等?！扒穳骸敝甘緹袅?xí)r，表示電池電壓低，應(yīng)換新電池。 本章開(kāi)始提到了數(shù)字電表，它的工作原理這里不做贅述，鑒于目前居民用表的情況，本論文中采用載波電表，其實(shí)現(xiàn)方式也比較簡(jiǎn)單。 第二章 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的構(gòu)成及功能 11 電力載波發(fā)射單元 電力載波接收單元 電能 停電保 護(hù) 通 ,斷電控制單元 本地調(diào)試接口 抗 EMI 保護(hù)線路及電源管理 電能正 ,反向計(jì)量裝置 電力線檢測(cè) 收發(fā)控制 CPU 硬件看門(mén)狗 電路 載波電路 CPU 有線接口 EPROM 電量轉(zhuǎn)換電路 圖 26 載波電能表工作原理框圖 圖 27 載波電表組成結(jié)構(gòu)圖 (2) 有線接口與載波電路 這是載波電表能否實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表的關(guān)鍵部分，這部分電路與數(shù)據(jù)集中器相似，不在這里重復(fù)。 例如： 可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、集中、定時(shí)地抄錄各用戶的電量，迅速統(tǒng)計(jì)低壓實(shí)時(shí)線損，通過(guò)銀行向各用戶自動(dòng)完成轉(zhuǎn)賬收款、電費(fèi)結(jié)算，為供電部門(mén)的用電監(jiān)察提供服務(wù)。由于 將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 P1 口管腳寫(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電 流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè) TTL 門(mén)電流。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器 頻率的 1/6。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。此電路有兩套供電工作系統(tǒng)，即正常供電情況下的供電和斷電情況下的供電。 當(dāng)由斷電情況下的工作 變?yōu)?正常供電情 況下的工作時(shí)，單片機(jī) 89C51首先將存儲(chǔ)器 X25045 內(nèi)的數(shù)據(jù)讀出并與存儲(chǔ)器 28C256 內(nèi)的數(shù)據(jù)相加，然后將 X25045 內(nèi)的數(shù)據(jù)清零，這樣即可完成斷電檢測(cè)工作。 數(shù)據(jù)采集器的軟件設(shè)計(jì) 在數(shù)據(jù)采集器的程序設(shè)計(jì)中，為了確保系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性，提高數(shù)據(jù)采集器程序的執(zhí)行速度和精度，節(jié)約系統(tǒng)資源，這里采用 C 語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。手段之一就是在數(shù)據(jù)采集器工作空閑通過(guò) SLEEP 指令將單片機(jī)設(shè)為低功耗方式，這種方式功耗最小，而且所有 I/O腳都能保持 SLEEP 指令執(zhí)行前的原有狀態(tài)。 表 41 采樣 電 路標(biāo)定結(jié)果 發(fā)訊電表可能出現(xiàn)的狀況 模擬量 A (V) 數(shù)字量 D(VDD=5V) 斷路 A? 255D? 235 信號(hào)高電平 A? 235D? 148 信號(hào)抖動(dòng)狀 態(tài) A? 148D? 128 信號(hào)低電平 A? 128D? 36 短路 A? 0V 36D? 0 對(duì)于信號(hào)發(fā)生抖動(dòng) (其實(shí)是一種臨界狀態(tài)，處在高低電平之間 )，在處理時(shí)直接將其剔除，等到下一采集周期重新 進(jìn)行采樣并判斷。 ②通過(guò)總線讀取存儲(chǔ)器，獲取所需表的抄收數(shù)據(jù) 。因此，程序設(shè)計(jì)中的延時(shí)子程序相當(dāng)重要，延時(shí)子程序的延時(shí)時(shí)間必須足夠大，但又不能過(guò)大，以免影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度。GreenLED 亮表示浮充充電 。但是，我們也應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到，從我國(guó) 集中抄表系統(tǒng)的整體發(fā)展水平來(lái)看，要滿足大面積推廣使用的的要求，在系統(tǒng)的可靠性及數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量上還有待進(jìn)一步的提高。智能抄表系統(tǒng)技術(shù)的研究進(jìn)展 .成都電子機(jī)械高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)， 2021(3):1317 2. 劉志中，孫麗芳 .住宅小區(qū)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) .電腦開(kāi)發(fā)與應(yīng)用， 2021(4): 810 3. 趙興勇，遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)研究 .《電力學(xué)報(bào)》， 2021. 15 卷 .1 期 4. 李治、黃璐、趙偉，利用其他領(lǐng)域成果，推動(dòng)白動(dòng)抄表進(jìn)步電測(cè)與儀表，2021,38(11):59 5. Wedepohl, .: Propagation of Carrier Signals in Homogeneous, Nonhomogeneous andMixed Multiconductor systems IEE Proceedings, Volume 115, No. 1， January 1998, pp. 179186. 6. 楊宏業(yè)、張躍、呂芳 .自動(dòng)抄表系統(tǒng)中通信方案的現(xiàn)狀與展望《電測(cè)與儀表》 2021 年第 8 期 7. 李建歧，呂 .自動(dòng)抄表系統(tǒng)中通信技術(shù)方案的探討《華北電力技術(shù)》 N0. 2. 1999 8. Tom D. Tamarkin Automatic Meter Reading Power magazine Volume 50，Number － 9. Technological Challenges of Poewerline telemunication Michael,No11 February 5,2021 10. 馬顏德 .小區(qū)智能抄表軟件的設(shè)計(jì) .智能建筑， 2021(5):3840 11. 曹?chē)?guó)朗，魏柳欽等 .遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表技術(shù) .供用電， 2021(5):4547 12. 鄭濤，張 保會(huì) .利用低壓電力線傳輸數(shù)據(jù)存在的技術(shù)問(wèn)題及對(duì)策 .電網(wǎng)技術(shù)，2021(22):4447 13. 田秀華 . 低壓電力線擴(kuò)頻載波遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的研究 . 信息技術(shù)，2021(6):4951 14. 楊宏業(yè)，張躍等 .自動(dòng)抄表系統(tǒng)中通信方案的現(xiàn)狀與展望 .電測(cè)與儀，2021(8):812 15. 賈磊 .遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)在中國(guó)市場(chǎng)的應(yīng)用及存在的問(wèn)題 .智能建筑與城市信息， 2021(6):4547 16. 鐘道昌，姜麗華 .基于 RS485/422 總線和電話線載波的電能表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng) .測(cè)控技術(shù)， 2021(10):6466 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 附錄 1 33 附錄 1 燕 山 大 學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 課題名稱(chēng)： 單片機(jī)的電力線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng) 課題性質(zhì)： 實(shí)際 課題來(lái)源： 實(shí)際 學(xué)院（系）： 里仁學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 電子 信息工程 年 級(jí)： 2021 級(jí) 學(xué)生姓名： 張 雷 指導(dǎo)教師： 練秋生 2021 年 3 月 20 日 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 附錄 1 35 一、綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)明選題的依據(jù)和意義 從十九世紀(jì)七十年代貝爾發(fā)明電話到今天信息高速公路的建設(shè)，一百多年來(lái)，通信技術(shù)己經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化，特別是近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，通信技術(shù)更是日新月異。專(zhuān)線通信技術(shù)作為常規(guī)方法，其特點(diǎn)是通信穩(wěn)定性好 :但是需鋪設(shè)專(zhuān)用通信線路，存在施工量大、綜合成本高、維護(hù)費(fèi)用高、舊城區(qū)施工難度大等問(wèn)題，難以大規(guī)模應(yīng)用。提高供電質(zhì)量，提高供電的可靠性實(shí)施高效準(zhǔn)確的抄收系統(tǒng)已是當(dāng)務(wù)之急。在硬件方面，給出了采集終端和數(shù)據(jù)集中 器的電路框圖，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了軟件流程的設(shè)計(jì)。但是由于電網(wǎng)不同、國(guó)情不同，美、日的先進(jìn)技術(shù)無(wú)法在我國(guó)電網(wǎng)采用，而且目前國(guó)內(nèi)也還沒(méi)有成熟的技術(shù)提供電力部門(mén)使用。 3 系統(tǒng)中數(shù)據(jù)集中器的軟硬件設(shè)計(jì)。當(dāng)配網(wǎng)電力市場(chǎng)開(kāi)放時(shí)，提供更多的戶信息和市場(chǎng)信息。 我們相信，隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷應(yīng)用和改進(jìn)，必將對(duì)電力系統(tǒng)減人增效、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證電表抄收的及時(shí)性和正確性，防止竊電 ，加快電費(fèi)的回收等方面提供有效的技術(shù)手段。它具有遠(yuǎn)程自動(dòng)采集，數(shù)據(jù)集中，交費(fèi)管理，用電統(tǒng)計(jì)分析，復(fù)合監(jiān)測(cè)以及綜合查詢等項(xiàng)功能，對(duì)電力部門(mén)推進(jìn)配電自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃中的分 時(shí)計(jì)費(fèi)方案有著重大意義。其中通信中斷子程序 1 用來(lái)接收和解析管理中心下傳的命令并執(zhí)行相應(yīng)操作，如開(kāi)戶時(shí)對(duì)采 集器初始化表底數(shù)，上傳 電表 表數(shù)據(jù)等操作，其操作和數(shù)據(jù)采集器的通信中斷子程序類(lèi)似 。 存儲(chǔ)器操作子程序 ， 存儲(chǔ)器操作子程序包括對(duì) 28C256 的讀操作和寫(xiě)操作。通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn) :檢驗(yàn)報(bào)頭，檢驗(yàn)報(bào)文長(zhǎng)度、累加校驗(yàn)報(bào)文、檢驗(yàn)報(bào)尾。 在數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，它仍可響應(yīng)通信中斷，但不是立刻處理，只是將中斷標(biāo)志位置為 1，等待其將 8 個(gè)通道的數(shù)據(jù)掃描完后，再去響應(yīng)通信中斷。端口的通信方式 。這樣集中器通過(guò)依次發(fā)送地址碼即可通過(guò)接收電路接收所有采集器的數(shù)據(jù)。所以正常供電情況下，單片機(jī) 89C2051 只能 檢測(cè)脈沖變化，而不能進(jìn)行計(jì)數(shù)。在FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是ALE 才起作用。 RST：復(fù)位輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 15 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本章進(jìn)行系 統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，主要對(duì)數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)集中器進(jìn)行詳細(xì)介紹。主站的工作框圖如圖 29 所示。而電表反轉(zhuǎn)時(shí) (由潛動(dòng)、抖動(dòng)等因素造成 )，計(jì)度器也反轉(zhuǎn)使數(shù)采集終端讀數(shù)比表計(jì)窗口示值大，造成多計(jì)，讀數(shù)不準(zhǔn)。 載波電表的組成 ， 以 CPU 為核心，由 RAM、電量轉(zhuǎn)換電路、接口、直流電源等構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，如下圖 27 所示。 狀態(tài)指示電路 ， 用以指示數(shù)據(jù)采集終端的運(yùn)行狀 態(tài)，分三種 : A,正常運(yùn)行時(shí)，短路片斷開(kāi)，“底度”指示燈閃爍。 其中主機(jī)是核心，程序存在主機(jī) CPU 中。 數(shù)字 信號(hào)經(jīng)調(diào)制器去控制電流控制振蕩器，將“ 1”和“ 0” 分別變成65kHz 與 的三角波，經(jīng)正弦波發(fā)生器整形成正弦波，經(jīng)自動(dòng)電平控制 (ALC)到功放輸出。如在電話線上直接傳輸數(shù)字信號(hào)，將產(chǎn)生很大的失真，無(wú)法區(qū)分“ 1”與“ 0” 造成數(shù)據(jù)傳輸出錯(cuò)。這種電平，經(jīng)過(guò)幾十米導(dǎo)線傳輸衰減后，仍能區(qū)分“ 1”或“ 0” ，而 TTL/CMOS 電平經(jīng)導(dǎo)線傳輸衰減后很難區(qū)分“ 1” 或“ 0” 。 從圖 22 可看出，數(shù)據(jù)集中器是由 CPU, RAM、直流電源 ［ 5］ 、指示電路及接口組成，是一個(gè)能通過(guò)載波接口及 RS232 接口與外界通信的單片機(jī)系統(tǒng)。采用 用戶載波 表加載波采集終端，即可進(jìn)行電力線載波通信功能的操作，完成電能計(jì)量、電壓和功率測(cè)量等 。 自動(dòng)抄表 (Automatic Meter Reading):全自動(dòng)抄表是指抄表主站 (Master Station)通過(guò)通信通道 (如電話網(wǎng)、無(wú) 線電通信、電力線載波 (PLC)通信、有線電視電纜通信、光纖電纜通信、專(zhuān)用線路通信等 )自動(dòng)地讀取每一只表計(jì)的數(shù)據(jù)，通過(guò)遙測(cè)、傳輸和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)匯總到營(yíng)業(yè)部門(mén)，代替人工抄表及一連串后續(xù)工作。早期，是人工計(jì)算用戶的用電量、用水量或用氣量并生成帳單。信號(hào)頻帶一般為 50KHz300KHz，峰值電壓不超過(guò) l0V，因此不會(huì)對(duì)電力線路造成不良影響。電力部門(mén)利用電力線傳輸數(shù)據(jù)可達(dá)到“四遙”水平，即遙測(cè) ,遙信、遙控、遙調(diào)，這樣可 節(jié)約大量的人力、物力和財(cái)力。通過(guò)自動(dòng)抄表可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、集中、定時(shí)地抄錄各用戶的電量，迅速統(tǒng)計(jì)低壓實(shí)時(shí)線損，通過(guò)銀行向各用戶自動(dòng)完成轉(zhuǎn)賬收款、電費(fèi)結(jié)算，為供電部門(mén)的用電監(jiān)察提供服務(wù)。在分析擴(kuò)頻通信的基本原理的基礎(chǔ)上，較詳細(xì)地介紹了電力載波遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方案 ，包括硬件模塊和管理軟件。系統(tǒng)由單片機(jī)、傳感器、脈沖整形計(jì)數(shù)、看門(mén)狗、 E2prom、電力載波傳輸模塊等電路組成。因 此采用新的技術(shù)手段，利用本地和遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表技術(shù)，完成自動(dòng)抄表并達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控電能表計(jì)的目的，同時(shí)減少人工 上 門(mén)抄表、數(shù)據(jù)輸入等繁雜又容