【正文】 模塊和遠(yuǎn)程通訊模塊集成到表內(nèi)，將脈沖計(jì)數(shù)值記錄到表內(nèi)，外界需要讀取表讀數(shù)時(shí)，接通通訊電源，按照通訊協(xié)議發(fā)出讀數(shù)命令即可讀取數(shù)據(jù)。一般情況下不再需要設(shè)定初始值。計(jì)數(shù) 遠(yuǎn)傳表的缺點(diǎn)：內(nèi)部有電源供電，電源的壽命是否能夠滿足要求成為質(zhì)量的關(guān)鍵；對(duì)于電路的抗干擾性能要求較高。當(dāng)外界需要讀取數(shù)據(jù)時(shí)，接通通訊電源，按照通訊協(xié)議發(fā)出讀數(shù)命令即可讀取數(shù)據(jù)。位置直讀表缺點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，元件多，電路 部分體積較大，成本較高，嵌入表也較困難；對(duì)原表結(jié)構(gòu)改動(dòng)較大，精度要求高，安裝精度要求高，因此精度成本高，成品率低，長(zhǎng)期應(yīng)用故障率高；在字輪處于進(jìn)位狀態(tài)時(shí)，有讀數(shù)盲區(qū)，這時(shí)讀到的將是亂數(shù)，需另一個(gè)集中器經(jīng)常讀取數(shù)據(jù)，系統(tǒng)之外的設(shè)備訪問(wèn)時(shí)實(shí)際讀取的是集中器中的數(shù)據(jù)；為了降低成本，一般只在 3 個(gè)或 2 個(gè)低位字輪上安裝位置檢測(cè)單元，其它高位數(shù)據(jù)還需要外部設(shè)備如集中器或上位管理機(jī)進(jìn)行識(shí)別處理，并仍然需要設(shè)置初始值。計(jì)數(shù)直讀表的實(shí)現(xiàn)難度是電子方面的低功耗和抗干擾性；位置直讀表的實(shí)現(xiàn)難度是零件精度和安裝精度。由于內(nèi)部采用無(wú)干擾的電池供電，只要在硬件方面采取有效的隔離措施，軟件方面采用冗余校驗(yàn)的方法，計(jì)數(shù)直讀表的可靠性是完全值得信賴的。 相對(duì)來(lái)講位置直讀表的諸多缺點(diǎn)是很難解決的，如進(jìn)位時(shí)的檢測(cè)盲區(qū)是原理性 問(wèn)題，而外部再加一個(gè)設(shè)備，一方面系統(tǒng)復(fù)雜了，另一方面同時(shí)也帶來(lái)了電子實(shí)現(xiàn)難度。市場(chǎng)上的諸多位置直讀表已經(jīng)由于精度達(dá)不到要求出現(xiàn)了很多問(wèn)題，而且當(dāng)某位出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)在短期內(nèi)是難以識(shí)別的。 集中抄表系統(tǒng) ：主站通過(guò)傳輸媒體（無(wú)線、有線、電力線載波等信道）將多個(gè)電能表電能量記錄值的信息集中抄讀的系統(tǒng)。集中器數(shù)據(jù)可通過(guò)信 道遠(yuǎn)距離傳送到主站計(jì)算機(jī) 。上層包括用電管理中心、集中器、和上層 GPRS 通信網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)收集；底層包括集中器、采集器、電表和基于低壓電力線載波的底層通信網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)采集。 圖 21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 用戶現(xiàn)場(chǎng)可直接掛接電力載波電表，也可以采用全電子式電度表增加載波采集終端(采集器 )。所以本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是基于這種方式的；集中器掛接在同一臺(tái)配變下的電力線上，根據(jù)設(shè)置的要求定時(shí)或隨時(shí)通過(guò)電力線抄收數(shù)據(jù)采集終端的所有載波表的測(cè)量數(shù)據(jù)并保存；主站計(jì)算機(jī)通過(guò) GPRS 移動(dòng)公網(wǎng)對(duì)集中器發(fā)布設(shè)置、廣播命令或抄表命令，對(duì)集中器進(jìn)行綜合數(shù)據(jù)的抄收，對(duì)集中器下的任一臺(tái)采集器進(jìn)行抄表或通斷電控制，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表和監(jiān)控功能。另外一個(gè)任務(wù)是根據(jù)要求完成與主站的通信，將主站需要的用戶信息傳送到主站上，集中器 在 整個(gè)系統(tǒng)中 起著重要的中介作用，將主站與用戶連接起來(lái)。 (2) 設(shè)置功能： 當(dāng)?shù)鼗蜻h(yuǎn)方設(shè)置抄讀間隔及自動(dòng)抄表日，兼有防止非授權(quán)人員操作的功能。 (4) 校時(shí)功能： 集中器具有計(jì)時(shí)單元，可被后臺(tái)系統(tǒng)校時(shí) 。 (6) 自診斷和異常信息記錄功能： 可自動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)自檢，集中器通信中斷時(shí)，記錄中斷時(shí)間 (月、日、時(shí) )。 低壓配電線載波通信 [5] 電力線載波是電力系統(tǒng)特有的、基本的通信方式，電力線載波通訊是指利用現(xiàn)有電力線，通過(guò)載波方式將模擬或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。我國(guó)從 70 年代開(kāi)始電力線自動(dòng)抄表的研究與實(shí)驗(yàn)。后來(lái)又出現(xiàn)了擴(kuò)展的頻移鍵控、超窄帶出書等調(diào)制方式，都不是很理想。 擴(kuò)頻通信技術(shù) [6]是電力線載波通信技術(shù)中的一種。根據(jù)仙農(nóng)公式 : C=H因此，相應(yīng)地增加信號(hào)帶寬，可以使信號(hào)在被噪聲淹沒(méi)的情況下仍能保北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 低壓電網(wǎng)自動(dòng)抄表系統(tǒng)的集中器設(shè)計(jì) 5 持可靠的傳輸。因?yàn)榧词勾嬖谡瓗Ц蓴_也只能影響擴(kuò)頻信號(hào)中的一小部分頻率，絕大部分信號(hào)不受影響，而且采用一定的糾錯(cuò)編碼就可以完全恢復(fù)出原信號(hào)。因?yàn)槟壳半娏€路的帶寬有限，窄帶調(diào)制的主要思想就是最小化傳輸帶寬，相反，擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)的傳輸帶寬比最小信號(hào)帶寬大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。 GPRS 技術(shù) [7] 整個(gè)系統(tǒng)根據(jù)通訊所使用的媒介不同而組成兩級(jí)不同的網(wǎng)絡(luò)形式。這是因?yàn)橥ǔ＜衅靼惭b于小區(qū)變壓器附近，而小區(qū)內(nèi)的所有電表（用戶）處于同一個(gè)臺(tái)區(qū)。集中器與所有的采集模塊相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有其相應(yīng)的唯一的網(wǎng)絡(luò)地址。在通信形式上是主從方式，每次通信都是由集中器發(fā)起，采集器在收到通信命令后，進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)答處理。在某些情況下，為了增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x，可在網(wǎng)絡(luò)的適當(dāng)?shù)胤皆O(shè)置中繼器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行中繼傳輸，中級(jí)器也具有唯一的網(wǎng)絡(luò)地址。 GPRS 采用與 GSM 同樣的無(wú)線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、同樣的頻帶、同樣的突發(fā)結(jié)構(gòu)、同樣的跳頻規(guī)則以及同樣的 TDMA 幀結(jié)構(gòu)。 (2) 通信速率高：每個(gè)電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)每次數(shù)據(jù)傳輸量在 10Kbps 之內(nèi)。 (3) 費(fèi)用低： GPRS 采用的是分組交換，而不是電路交換，所以它采用基于流量的收費(fèi)方式，而非基于時(shí)間的方式，故通信費(fèi)用相當(dāng)于移動(dòng)通信短消息費(fèi)用，因此費(fèi)用低廉，經(jīng)濟(jì)。從而提供了一種高效、低成本的無(wú)線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。建立鏈接的時(shí)間短，有“永遠(yuǎn)在線”之稱。由于電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，?GPRS 技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。GPRS 使互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入了無(wú)線領(lǐng)域，一直延伸到手掌上。綜合上述幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)， GPRS 網(wǎng)絡(luò)非常適合自動(dòng)抄表系統(tǒng)的要求，因此，該項(xiàng)目遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)實(shí)際上是將電力線載波通信與中國(guó)移動(dòng)的 GPRS 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來(lái)的。本系統(tǒng)采用分布式體系結(jié)構(gòu)，這種體系結(jié) 構(gòu)分為上層和底層。由于現(xiàn)在的城市居民樓宇中，電度表一般采取了集中安裝的方法，即把一個(gè)單元的十幾戶的用戶表安裝于同一個(gè)大表箱中，一 個(gè)表箱裝一個(gè)采集器，多個(gè)電度表共用一個(gè)采集終端 (采集器 )，此種方法可以大量節(jié)約成本。 集中器 1 電表 1 電表 2 電表 n 主站 (抄表管理 ) 集中器 n 電表 1 電表 2 電表 n 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 低壓電網(wǎng)自動(dòng)抄表系統(tǒng)的集中器設(shè)計(jì) 8 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì) 集中器與采集器之間高效和可靠的通信是整個(gè)系統(tǒng)成功的關(guān)鍵之一，在底層電力載波通信中，關(guān)鍵是電力載波 Modem的性能 [8] 電力線載波是以電力線作為通訊線路，各分散的終端設(shè)備以電力線為傳輸載體進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。雖然傳輸速率不高，但是安裝方便簡(jiǎn)單，適合同一臺(tái)變下各終端設(shè)備之間的連接。其 主要任務(wù)是高效率地輸出信號(hào)功率，并將載波信號(hào)有效地注入電力線。經(jīng)研究和測(cè)量表明，電力線的阻抗分布在 ^8052(在 3kHz^525kHz頻率范圍 )之間，其阻抗主要依賴于用電負(fù)荷的大小、線路結(jié)構(gòu)、以及配電變壓器阻抗等多種因素。我們知道，用電負(fù)荷具有隨機(jī)性，其主要表 現(xiàn)為在不同的時(shí)間，用電負(fù)荷的變化，即阻抗的時(shí)變性。發(fā)送電路部分的設(shè)計(jì)如圖 42示。注意 :不允許使用 1N4148, 1N4007等止向?qū)?壓 較高的二極管 !更不允許省掉 !否則會(huì)損傷 MOS管 ! 電阻 R8/，因?yàn)檩d波芯片采用的是 MOSFET工藝，不推薦驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載，而這套放大電路的輸入是容性的，所以在這里串聯(lián)一顆 電阻來(lái)保護(hù)載波芯片 。 這部分電路所起的作用是當(dāng) 15V電源電壓被拉低到 V左右的時(shí)候控制其輸出電流，保證 15V電源電壓不至于被拉低到太低而致使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法 正 常工作，其最突出的是可優(yōu)點(diǎn)以很好的保證低電壓試驗(yàn)?zāi)軌蛲ㄟ^(guò)。其中，信號(hào)接收電路的設(shè) 計(jì)日標(biāo)是提高頻帶內(nèi)的信號(hào)接收功率 (信號(hào)禍合電路設(shè)計(jì)的一部分，需要同發(fā)送部分統(tǒng)一設(shè)計(jì)。信號(hào)接收電路原理圖如圖 44所示。 AFE3361主要特點(diǎn) (1) 工作電壓范圍 :Vcc = — (2) 功耗小，典型值為 (在 Vcc= ) (3) 靈敏度高，輸入一 3dB限幅電壓為 μ Vrms(典型值 ) 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 低壓電網(wǎng)自動(dòng)抄表系統(tǒng)的集中器設(shè)計(jì) 10 (4) 所擊外圍器件少 (5) 最高工作頻率為 60MHz。電路原理 圖如 43所示 12N c h3 456P c hU S 6M 2T S 5S S 1 20. 15 uF / 31 0V A CR 903kR 4115k3.3nFV 112S B 1 13 21m H / 10 0m AV s s100uH/100mAR 5010k33 0 pFC 55C 2010 0 uF / 35 VR 521N46791N4679R 5110 u H / 1. 2AP6KE22CA31456T1C i H u a n 50 0u H 1 : 1V s sC 54 33 n FV s s33 n F12VFSKS S C O U TL I N EN E U T R A L信號(hào)耦合信號(hào)發(fā)送信號(hào)接收A F E 3 36 1 圖 45電力載波通信硬件電路 GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于低壓電力載波通信方式不能實(shí)現(xiàn)跨變壓器通信，因此只能用于同一變壓器內(nèi)的數(shù)據(jù)通信。 GPRS(GeneralPaeketRadioServiCe)是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱，它是第 通信系統(tǒng)，是 GSM向 3G過(guò)渡的一個(gè)橋梁。集中器 GPRS模塊與管理微機(jī)的 GPRS模塊建立數(shù)據(jù)通信前的連接工作本系統(tǒng)采用上位機(jī)固定 IP地址的方法作為上位機(jī) (數(shù)據(jù)中心 )，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)一點(diǎn)的數(shù)據(jù)，這樣 GPRS無(wú)線通信模塊通過(guò)撥號(hào)登陸 GPRS網(wǎng)絡(luò)，獲得 IP地址后，就可以主動(dòng)和接入工nter的上位機(jī)聯(lián)絡(luò)，將自己的 IP和端口號(hào)發(fā)送給上位機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)雙方的通信與數(shù)據(jù)采集，結(jié)構(gòu)框圖如圖 44所示 圖 46 GPRS通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖 集 中 器 數(shù) 據(jù) 中 心 GPRS 通信網(wǎng)絡(luò) 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 低壓電網(wǎng)自動(dòng)抄表系統(tǒng)的集中器設(shè)計(jì) 11 第 五章 通信協(xié)議與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式 通信協(xié)議的設(shè)計(jì) [9] 集中器與抄表服務(wù)器之間的通信協(xié)議 集中器與載波電表之間的通信遵循 DL/T6451997 通訊規(guī)約 ，該通信規(guī)約適用于本地系統(tǒng)中多功能表的費(fèi)率裝置與手持單元（ HHU）或其它數(shù)據(jù)終端設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的或一主多從的數(shù)據(jù)交換方式，規(guī)定了它們之間的物理連接、通信鏈路及應(yīng)用技術(shù)規(guī)范。集中器接收的控制命令為安裝測(cè)試命令； 接收的抄表服務(wù)器的請(qǐng)求報(bào)文有 :復(fù)位報(bào)文、停止報(bào)文、抄表報(bào)文、地址添加報(bào)文、地址刪除報(bào)文、返回地址信息報(bào)文、狀態(tài)查詢報(bào)文、請(qǐng)求集中器返回非多功能表數(shù)據(jù)報(bào)文、請(qǐng)求集中器返回多功能表數(shù)據(jù)報(bào)文、請(qǐng)求集中器繼續(xù)返數(shù)報(bào)文、請(qǐng)求集中器繼續(xù)返回地址報(bào)文、集中器參數(shù)設(shè)置報(bào)文。 在抄表服務(wù)器的請(qǐng)求報(bào)文中，停止抄表請(qǐng)求和復(fù)位請(qǐng)求優(yōu)先級(jí)最高。當(dāng)集中器處于正在抄表狀態(tài)時(shí)，只響應(yīng)抄表服務(wù)器的停止抄表請(qǐng) 求和復(fù)位請(qǐng)求，如有其他請(qǐng)求，集中器不響應(yīng)請(qǐng)求，認(rèn)為抄表服務(wù)器的請(qǐng)求為非法請(qǐng)求，并返回非法請(qǐng)求異常應(yīng)答報(bào)文。 集中器通信控制 [11] (1) 傳輸次序 ： 所有數(shù)據(jù)均先傳高字節(jié)、后傳低字節(jié)。對(duì)于設(shè)置命令，集中器應(yīng)在正確執(zhí)行完命令動(dòng)作之后進(jìn)行應(yīng)答，抄表服務(wù)器應(yīng)北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 低壓電網(wǎng)自動(dòng)抄表系統(tǒng)的集中器設(shè)計(jì) 12 根據(jù)不同命令的執(zhí)行時(shí)間來(lái)調(diào)整應(yīng)答等待時(shí)間。 字節(jié)格式 [12] 每字節(jié)含 8 位二進(jìn)制碼，傳輸時(shí)加上一個(gè)起始位（ 0）、一個(gè)偶校驗(yàn)位和一個(gè)停止位 (1)共 11 位。先傳低位， 后傳高位。幀格式如圖 52所示 說(shuō) 明 代碼 幀起始符 68H 地址域 A0 A1 A2 A3 A4 A5 幀起始符 68H 控制碼 C 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度域 L 數(shù)據(jù)域 DATA 校驗(yàn)碼 CS 結(jié)束符 16H 圖 52 幀格式 1) 幀起始符 68H：標(biāo)識(shí)一幀信息的開(kāi)始，其值為 68H=01101000B。地址長(zhǎng)度為 12位十進(jìn)制數(shù)，可以為表號(hào)、資產(chǎn)號(hào) 、用戶號(hào)、設(shè)備號(hào)等。當(dāng)使用的地址碼長(zhǎng)度不足 6 字節(jié)時(shí)，用十六進(jìn)制 AAH 補(bǔ)足 6 字節(jié)。當(dāng)?shù)刂窞?999999999999H 時(shí)，為廣播地址。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 功能碼 后續(xù)幀標(biāo)志 從站異常標(biāo)志 傳送方向 圖 53 控制碼的格式 D7=0：由主站發(fā)出的命令幀 D7=1：由從站發(fā)出的應(yīng)答幀 D6=0：從站正確應(yīng)答 D6=1：從站對(duì)異常信息的應(yīng)答 D5=0：無(wú)后續(xù)數(shù)