【文章內(nèi)容簡介】 車載無線電抄表 :通過小功率無線電收發(fā)器進行表計和手持電腦或車載電腦的通信，抄讀表計的數(shù)據(jù)，降低了抄表過程的工作量。 自動抄表 (Automatic Meter Reading):全自動抄表是指抄表主站 (Master Station)通過通信通道 (如電話網(wǎng)、無線電通信、電力線載波 (PLC)通信、有線電視電纜通信、光纖電纜通信、專 用線路通信等 )自動地讀取每一只表計的數(shù)據(jù)，通過遙測、傳輸和計算機系統(tǒng)匯總到營業(yè)部門，代替人工抄表及一連串后續(xù)工作。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)口及大用戶表計的抄表系統(tǒng)。目前低壓用戶集中抄表系統(tǒng)主要完成電能量數(shù)據(jù)的燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 自動采集和處理，為電能量計費和用電管理系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù) 。 論文的主要內(nèi)容 論文比較系統(tǒng)的討論了基于單片機的電力線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的原理，主要進行了硬件方便的設(shè)計，主要討論的內(nèi)容有以下三點： (1) 研究了 遠(yuǎn)程抄表的 工作過程 ,采用低壓電力線傳輸 。 (2) 分析了電力線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的構(gòu)成、原理以及功能。 (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 。第二章 遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)的構(gòu)成及功能 5 用戶載波表 系統(tǒng)主站 集中器 市話線 臺變 載波采集終端 圖 21 低壓電力線載波自動抄表系統(tǒng)框圖 第 2 章 遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)的構(gòu)成及功能 本章系統(tǒng)介紹遠(yuǎn)程自動抄表的實現(xiàn)過程， 電表采用的是載波電表，利用低壓電力線傳輸，集中器 與 系統(tǒng)主機的連接是通過 PSTN（公共電話網(wǎng)絡(luò)），這樣能有效減少重新架設(shè)傳輸線路，有效的利用即有網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信，節(jié)省了人力，物力，財力 。 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的構(gòu)成 系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖 21 所示。采用 用戶載波 表加載波采集終 端，即可進行電力線載波通信功能的操作，完成電能計量、電壓和功率測量等 。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 。主站計算機可通過電話網(wǎng)或其他通信媒介對集中器發(fā)布設(shè)置、廣播命令或抄表命令，對集中器進行綜合數(shù)據(jù)的抄收，對集中器下的任一臺載波電表進行召抄或通斷電控制，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表和監(jiān)控功能，極大減少電力部門的勞動力，提高社會效益和經(jīng)濟效益 。為電力管理上等級和現(xiàn)代化管理水平的提高打下堅實的基礎(chǔ) ［ 4］ 。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 通信媒介接口模塊 自適應(yīng)控制電路 電力線載波通信處理接口 CPU 工作狀態(tài)顯示 大容量數(shù)據(jù)存儲區(qū) 系統(tǒng)硬件 時鐘 本地通信接口線路 抗 EMI 保護和電源管理模塊 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。 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現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳送，具有內(nèi)部硬時鐘可與系統(tǒng)進行廣播校時，并實施定時抄表命令，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。集中器的作用是將配變臺區(qū)載波電能表連成本地網(wǎng)絡(luò)，能自動抄錄數(shù)據(jù)采集終端及載波單表的數(shù)據(jù)，集中并存儲。通過抄表器或電話線將數(shù)據(jù)傳輸給電力局的計算機中心。 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，是一個能通過載波接口及 RS232 接口與外界通信的單片機系統(tǒng)。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。 (3) 主機 :由 CPU, RAM 以及附加電路組成運行程序，完成各項功能。 第二章 遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)的構(gòu)成及功能 7 (4) 接口電路 :具有 RS232 接口、載波通信接口、 RS485 接口 兩 個接口電路。其中 RS232 接口和 RS485 接口是通過電纜進行抄表器通信、計算機通信。載波通信接口是利用電力線與載 波單表、采集終端進行載波通信。 工作原理 ， CPU 與 RAM 的工作原理與一般的計算機系統(tǒng)類似，這里主要介紹接口的工作原理。 (1) RS232 接口 ［ 6］ 由 9 腳 D 型插座與外部設(shè)備聯(lián)系， D 型插座所有腳上的信號電平都是EIA 電平 :“ 0” (+3V— +15V),“ 1” (3V— 15V)。這種電平，經(jīng)過幾十米導(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” 。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。電平轉(zhuǎn)換是 RS232 接口的第一個功能。 RS232 接口的第二個功能是傳遞通信的應(yīng)答信號，以便步調(diào)一致，順利地通信。 (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 D 型插座將它們相連就行了。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。超過 30m 距離就不用專用線了、一般借用電話線 ［ 7］ 。但電話線只能傳輸模擬信號，通帶很 窄 (303kHz )，而數(shù)據(jù)集中器與計算機中傳遞的都是數(shù)字信號“ 1”與“ 0” 其跳變部分含有很高的頻率成分。如在電話線上直接傳輸數(shù)字信號，將產(chǎn)生很大的失真，無法區(qū)分“ 1”與“ 0” 造成數(shù)據(jù)傳輸出錯。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)傳送計算機。這個任務(wù)是 MODEM 來完成。發(fā)送端的 MODEM 是將數(shù)字信號變換成模擬信號、接收端的 MODEM 是將模擬信號變換成數(shù)字信號。 (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。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］ 。在接收狀態(tài)時，它能從電力線上接收微弱的調(diào)頻信號，經(jīng)限幅放大后，解調(diào)成數(shù)字信號，濾去高頻諧波燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 調(diào)制 電流控制振蕩器 正弦波發(fā)生器 ALC 功 放 圖 23 載波通信發(fā)送電路 C0 R0 數(shù)字輸入 噪聲等，再整形成數(shù)字信號。 A、發(fā)送電路 當(dāng) TX IRX 輸入端為“ 1”時，集成電路處于發(fā)送狀態(tài)，其框圖如圖 23所示。 數(shù)字信號經(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)自動電平控制 (ALC)到功放輸出。電流控制振蕩器的中心頻率 fo=65kHz，由 Co 粗調(diào)，Ro 細(xì)調(diào)。 ALC 實現(xiàn)輸出幅度自動調(diào)節(jié)，當(dāng)負(fù)載阻抗很高時， ALC 將減少驅(qū)動，當(dāng)負(fù)載阻抗低時， ALC 提供大的驅(qū)動，本芯片發(fā)送電流可達 60mAPPe輸出電壓幅度由負(fù)載阻抗和輸出電流決定。如輸出電流不夠 (在傳輸距離遠(yuǎn)，負(fù)載阻抗低時 )可外接功率放大器。 B、接收電路 。 當(dāng) TX IRX 端輸入“ 0”時，集成電路處于接收狀態(tài)。框圖如圖 24 所示。 數(shù)據(jù)采集終端 . 數(shù)據(jù)采 集終端是一個 測 量電表用電量的單片機系統(tǒng) ［ 9］ ，如下圖 25 所示。 其中主機是核心，程序存在主機 CPU 中。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)計為 16 戶。表計輸出的采樣脈沖，經(jīng)過輸入電路實現(xiàn)信號電平轉(zhuǎn)換，再經(jīng)施密 特 電路整形變換成方波，以滿足 第二章 遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)的構(gòu)成及功能 9 鎖相環(huán) 低通濾波器 比較器 脈沖噪聲慮波器 集電器開路電路 I/O 載波信號 圖 24 載波通信接收電路 限幅放大 用戶 1 用戶 2 用戶 16 16 脈沖輸入及整形電路 選 通電路 選 通電路 主機 紅外通信接口 載波通信接口 附加電路 18戶 916 戶 P 圖 25 數(shù)據(jù)采集終端 單片機對輸入信號的要求。因為單片機的 P 門只能通 8 路數(shù)據(jù)，所以 16 路脈沖，要采用分時制，先通 18 路，再通 916 路，故需要經(jīng)過一個選通電路。 附加電路 ,為確保數(shù)據(jù)采集終端安全可靠地運 行 ［ 10］ ，除上述主要組成部分之外，還有許多附加電路，如看門狗、掉電檢測、實時時鐘、狀態(tài)指示電路、蜂鳴器、片外 EPROM 等。數(shù)據(jù)保護是數(shù)據(jù)采集終端的關(guān)鍵問題之一。采用看門狗電路、系統(tǒng)復(fù)位電路和上、掉電檢測電路，就是為了保護燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）