基于低壓窄帶載波通信的電能表數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)

張珂

摘 要：隨著國(guó)內(nèi)電力載波通信技術(shù)的不斷發(fā)展及兩網(wǎng)改造工作的不斷深入進(jìn)行，電能表的電量采集模式也在逐漸由效率低下、出錯(cuò)率高的人工抄表改變?yōu)樽詣?dòng)抄表模式。本文主要是對(duì)以PLCI38-III-E型載波芯片和stc12c5a60s2型單片機(jī)為核心，下行主要采用RS485通信通道，上行采用電力載波（PLC）數(shù)據(jù)通道，以實(shí)現(xiàn)電能表的電量采集和電量存儲(chǔ)的電能表電量采集器的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)進(jìn)行原理方面的探討。

關(guān)鍵詞：電量采集 電能表 單片機(jī) RS485 電力載波 PLC

中圖分類(lèi)號(hào)：TM642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（a）-0010-01

隨著兩網(wǎng)改造工作的不斷深入進(jìn)行，供電質(zhì)量有了很大提高。同時(shí)，“一戶一表”工程的實(shí)施也有效增加了用電透明度，提高了顧客滿意率；但抄表及催費(fèi)的工作量卻大量增加。只有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表才能提高工作效率，節(jié)省人力、財(cái)力達(dá)到省公司要求的“減員增效”的目標(biāo)要求；而且可以方便地實(shí)現(xiàn)電費(fèi)結(jié)算，正確計(jì)算臺(tái)區(qū)線損，有效防止竊電，使供電管理向電子化、信息化方向邁進(jìn)。

自動(dòng)抄表系統(tǒng)研究的目的和意義十分廣泛，而基于電力載波的自動(dòng)抄表系統(tǒng)則有以下特點(diǎn)：（1）數(shù)據(jù)采集處理及存儲(chǔ)功能，可設(shè)置每月自動(dòng)凍結(jié)電量，自動(dòng)抄表時(shí)間，可設(shè)成每小時(shí)自動(dòng)抄收載波表電量（每天/每月/每年）。（2）可實(shí)時(shí)集中抄表，實(shí)時(shí)收集下轄全部電表的累計(jì)電量、各種數(shù)據(jù)、參數(shù)。（3）可設(shè)置電價(jià)，根據(jù)抄讀的電量進(jìn)行自動(dòng)電費(fèi)結(jié)算。（4）遠(yuǎn)程控制電表，可以對(duì)有竊電行為或其他需要進(jìn)行停電操作的用戶進(jìn)行跳閘停電操作。（5）自診斷功能，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等單元是否工作正常。（6）電力線載波抄表方案主要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表、遠(yuǎn)程控制，運(yùn)用先進(jìn)的管理手段，方便推廣。（7）采用的是是唯一不需要線路投資的有線通信方式。（8）信息傳輸穩(wěn)定可靠，路由合理、可同時(shí)復(fù)用遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)。

本文主要就電能表電量采集的單一功能實(shí)現(xiàn)的方式實(shí)現(xiàn)電能表的電量采集和電量存儲(chǔ)的基于低壓窄帶載波通信的電能表數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)進(jìn)行原理方面的探討。

1 關(guān)于硬件設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮用普通光耦做高速通信的隔離

兩個(gè)芯片之間的電源需要相互獨(dú)立，所以通信需要做隔離，手頭沒(méi)有高速光耦，又加上經(jīng)濟(jì)問(wèn)題不舍得買(mǎi)，考慮拿普通光耦來(lái)做隔離，問(wèn)題來(lái)了，一般pc817，tlp521開(kāi)關(guān)速度超過(guò)10 kHz信號(hào)衰減就很明顯了。

所以大部分時(shí)候電路來(lái)做通信隔離，5 V電源時(shí)R4選3K通信速度最快，這個(gè)時(shí)候?qū)嶋H5 V單片機(jī)串口通信速度能夠達(dá)到14400 bps。

在實(shí)際應(yīng)用中，如果是硬件串口，測(cè)試使用9600 bps，通信是正常的，但是超過(guò)9600后，通信效果隨單片機(jī)的型號(hào)存在差異。

如果更高的通信速率，那么通常情況下就需要選擇高速光耦，像6N138就能達(dá)到100 kbit/S，還有更高速度的光耦。

答案是肯定的，如圖1，為高速光耦6n138內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

于是根據(jù)該電路就有了如圖2的電路。

測(cè)試結(jié)果表明。該電路在115200 bps波特率下，通信正常。串口助手發(fā)送幾百行數(shù)字，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)誤碼。

2 關(guān)于載波和RS485抄表流程的軟件設(shè)計(jì)思路

2.1 載波抄表流程設(shè)計(jì)

當(dāng)收到數(shù)據(jù)集中器的下發(fā)抄表命令后，抄表指令通過(guò)載波傳送到采集器的載波通信模塊，載波通信模塊數(shù)據(jù)接收完成后，將抄表命令傳遞給采集器CPU進(jìn)行處理，采集器CPU根據(jù)接收到的抄表命令。

2.2 RS485抄表流程設(shè)計(jì)

由于485抄表流程是異步執(zhí)行的，為了簡(jiǎn)化程序邏輯，整個(gè)抄表過(guò)程分兩個(gè)線程控制：（1）抄表控制線程：該線程為抄表業(yè)務(wù)邏輯控制層，根據(jù)客戶要求制定抄表邏輯，并根據(jù)抄表邏輯自動(dòng)控制抄表過(guò)程；（2）數(shù)據(jù)異步接收、解析線程：該線程負(fù)責(zé)485模塊異步數(shù)據(jù)的接收工作，并根據(jù)解析情況控制抄表控制線程的進(jìn)度。

3 結(jié)語(yǔ)

基于低壓窄帶載波通信的電能表數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)借鑒了市場(chǎng)上其它產(chǎn)品的研究成果，采用PLCI38-III-E型載波芯片和stc12c5a60s2型單片機(jī)自行設(shè)計(jì)，解決了人工抄表效率低，錯(cuò)誤率高的問(wèn)題。滿足了電力系統(tǒng)對(duì)抄表快捷性，準(zhǔn)確性的要求。具有很高的實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值。