基于電力線通信的電表箱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

摘 要：隨著電力系統(tǒng)現(xiàn)代化管理手段的應(yīng)用和發(fā)展，實(shí)現(xiàn)基于電力線的遠(yuǎn)程監(jiān)控勢(shì)在必行，可以有效的降低電耗、防止竊電和電力設(shè)備的破壞，對(duì)于電力系統(tǒng)的保護(hù)和維護(hù)具有重大意義。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種基于電力線的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)硬件部分，利用安裝在電表箱開(kāi)關(guān)上的硬件系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)將電表箱的開(kāi)關(guān)狀態(tài)反饋出來(lái)，通過(guò)連接的電力線傳輸狀態(tài)信號(hào)到集中控制箱，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電表箱的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，掌握電表箱的開(kāi)啟時(shí)間，防止電表箱遭到破壞，能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的現(xiàn)代化管理起到極大的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：電力線通信；監(jiān)控系統(tǒng)；硬件設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM764

隨著目前城市建設(shè)的高速發(fā)展和一戶一表工程的廣泛實(shí)施，客戶電能表的數(shù)量不斷增加，而由于利益的驅(qū)動(dòng)，存在不少用戶竊電的現(xiàn)象，況且電表設(shè)備安裝在用戶端，給違章竊電提供了便利，給電力系統(tǒng)的維護(hù)和管理造成了巨大的不便，易造成資源的浪費(fèi)和電耗的居高不下。這種情況給用電管理部門(mén)帶來(lái)了越來(lái)越繁重的任務(wù)，迫切需要提高現(xiàn)代化用電管理的技術(shù)水平。然而電表箱的安裝地點(diǎn)卻是無(wú)法改變的，因此只能在防竊電、防電表箱的破壞和開(kāi)啟上進(jìn)行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。本文是基于電力線傳輸?shù)碾姳硐溥h(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)的，通過(guò)此監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分，就可以及時(shí)的反饋電表箱的開(kāi)關(guān)狀態(tài)并通過(guò)電力線進(jìn)行傳輸。這樣就可以通過(guò)設(shè)計(jì)的監(jiān)控軟件將所有的監(jiān)控設(shè)備聯(lián)系在一起構(gòu)成一個(gè)電表箱防竊防破壞系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)所有電表箱的統(tǒng)一實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，掌握電表箱的開(kāi)啟時(shí)間，防止電表箱的破壞。

1 基本現(xiàn)狀

電力供應(yīng)在現(xiàn)代社會(huì)中扮演著非常重要的角色，人們的工作和生活都離不開(kāi)它。但電力系統(tǒng)目前面臨著十分嚴(yán)峻的形勢(shì)和非常復(fù)雜的環(huán)境，其中最大的挑戰(zhàn)是電耗高、傳輸過(guò)程損失較大和部分不法分子的竊電。針對(duì)這種情況采取的一般都是低端的防盜報(bào)警方法，這種方法通常用于遠(yuǎn)程不動(dòng)點(diǎn)報(bào)警的場(chǎng)合，雖然可以防止了破壞和盜竊現(xiàn)象，但該傳統(tǒng)方法具有高發(fā)射功率、覆蓋面積小和管理方面的制約因素等很多缺點(diǎn)，不利于電力系統(tǒng)的管理和維護(hù)[1]。而基于電力線的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)則可以使用現(xiàn)有電力設(shè)備，利用電力線傳輸報(bào)警信息，可以實(shí)現(xiàn)低成本，高效率的防盜，防破壞報(bào)警。

發(fā)展基于電力線的電表箱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)的缺點(diǎn)方法，可以有效解決功耗問(wèn)題。目前有很多電力部門(mén)使用一些低端報(bào)警設(shè)備，防盜設(shè)備或軟件，但是當(dāng)前報(bào)警系統(tǒng)有很多缺陷和不足。例如很多電力報(bào)警系統(tǒng)，使用的軟件或系統(tǒng)獨(dú)立，不依賴于電力傳輸線，這就給電力行業(yè)造成了很大的壓力，同時(shí)需要架設(shè)額外的信號(hào)線，也會(huì)為能源消耗帶來(lái)許多壓力。而基于電力線的電表箱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以使用的區(qū)域范圍廣泛，不僅用于分布集中的住宅區(qū)，更主要應(yīng)用于大型工礦企業(yè)和自助變電站、儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)、停車場(chǎng)等等，可以有效的防竊電和防電表箱的破壞。

2 硬件系統(tǒng)方案確定

2.1 總方案的確定

運(yùn)用原有電力線傳送信號(hào)，在每個(gè)電表箱中安裝一個(gè)監(jiān)控按鈕和報(bào)警芯片，當(dāng)表箱開(kāi)啟或惡意破壞時(shí)，報(bào)警芯片識(shí)別并發(fā)送報(bào)警信號(hào)由原有220V電力線傳遞報(bào)警信息，并由報(bào)警監(jiān)控指揮中心接收，并及時(shí)通知工作人員進(jìn)行查看，本方案是利用高壓電力線、中壓配網(wǎng)電力線或低壓配電線作為信號(hào)傳輸媒介進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。把載有信息的高頻載波信號(hào)加載于電流，然后用電力線傳輸，接收信息的適配器再把高頻載波信號(hào)從電流中分離出來(lái)以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。前臺(tái)使用Visual Basic 6.0編寫(xiě)軟件界面，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)使用SQL2005。

2.2 電力線載波通信技術(shù)的使用

電力線載波是指利用高壓、中壓或低壓配電線作為信息傳輸媒介進(jìn)行語(yǔ)音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。該技術(shù)是把載有高頻載波信號(hào)加載于電流，然后用電力線傳輸，接收信號(hào)的適配器再把高頻載波信號(hào)從電流中分離出來(lái)以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。電力線通信可以利用現(xiàn)有的電力基礎(chǔ)設(shè)施，通信可靠性高，具有等時(shí)性，能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)管理提供傳輸通道，實(shí)現(xiàn)電力、數(shù)據(jù)和圖像綜合業(yè)務(wù)傳輸[2]。

本系統(tǒng)采用電力線載波通訊模塊來(lái)進(jìn)行信息的轉(zhuǎn)換，其核心芯片采用專用電力載波集成電路，配合新形科技專門(mén)研發(fā)的通訊算法及電力線接口信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路，使得產(chǎn)品具有通信速率高，通訊可靠，抗雜波干擾能力強(qiáng)，通訊距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，是專門(mén)為適應(yīng)中國(guó)國(guó)內(nèi)電力線應(yīng)用環(huán)境而研發(fā)的高性能電力線載波通訊產(chǎn)品。其實(shí)物圖見(jiàn)圖1。

2.3 單片機(jī)的選擇和開(kāi)發(fā)

硬件系統(tǒng)由于要實(shí)現(xiàn)電表箱報(bào)警狀態(tài)信息的傳輸，因此采用既不太簡(jiǎn)單又不是過(guò)于復(fù)雜的單片機(jī)即可，因此選擇采用STC89C52RC，該單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速低功耗超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容8051單片機(jī)，可以任意選擇6時(shí)鐘機(jī)器周期和12時(shí)鐘機(jī)器周期，其容量和速度完全滿足該監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)硬件的方案需求[3]。監(jiān)控系統(tǒng)硬件實(shí)物圖如圖2所示。

單片機(jī)的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言采用德國(guó)Keil Software公司的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與傳統(tǒng)C語(yǔ)言的語(yǔ)法類似，在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上比匯編語(yǔ)言有明顯的優(yōu)勢(shì)，易學(xué)易用，可以大大的提高工作效率和項(xiàng)目開(kāi)發(fā)周期，還可以在關(guān)鍵的位置嵌入?yún)R編語(yǔ)言，使程序達(dá)到接近于匯編的工作效率。編譯代碼高效、快速，生成的目標(biāo)代碼效率非常高，在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)論

對(duì)于供電企業(yè)來(lái)說(shuō)，在不改變?cè)须娏ο到y(tǒng)設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過(guò)電力載波模塊和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，并將信息直接利用電力線進(jìn)行傳送，可以節(jié)省大量的人力、物力和財(cái)力，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)控，方便了電力系統(tǒng)的日常維護(hù)和管理。同時(shí)采用電力線通信解決了數(shù)據(jù)信息的采集和傳送，提高了系統(tǒng)的安全性，隨著電力線通信技術(shù)的不斷成熟和GPRS網(wǎng)絡(luò)的逐步完善，基于電力線通信的監(jiān)控系統(tǒng)將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用[4]。

參考文獻(xiàn)：

[1]張振華.高壓電力線路在線視頻監(jiān)控系統(tǒng)工程應(yīng)用及實(shí)踐[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，8：149-152.

[2]王梟，林平分.基于電力線通信的溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2013，7：72-75.

[3]陳海宴.51單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

[4]孟逢逢.基于電力線通信的信息家電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，6：230-232.

作者簡(jiǎn)介：王麗平（1974-），女，吉林長(zhǎng)春人，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。

作者單位：長(zhǎng)春工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130012