電子載波抄表系統(tǒng)集中器的硬件設(shè)計(jì)

劉洋+余飛+李逸聰

【摘要】電子載波通信是以高壓電力線作為通信媒介進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N通信方式，它對(duì)現(xiàn)代抄表管理起到了非常重要的作用。在抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，利用電子載波通信從低壓電力線上獲得數(shù)據(jù)和電源信息，進(jìn)而通過(guò)分組無(wú)線業(yè)務(wù)和調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)通信通道的遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表，這樣一來(lái)，不僅給居民提供了很大的便利，同時(shí)也節(jié)約了大量的人力、物力和財(cái)力。本文主要是在分析電力載波抄表系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)集中器的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡釋。

【關(guān)鍵詞】電子載波 抄表系統(tǒng) 集中器 硬件設(shè)計(jì)

一、電力載波抄表系統(tǒng)的主要架構(gòu)

通常情況下，自動(dòng)抄表系統(tǒng)主要是由三個(gè)部分組成：主站、集中器和電能表。第一，主站作為控制的核心，對(duì)操作的各種指令進(jìn)行下達(dá)。它主要是以指定協(xié)議的形式發(fā)送各種操作指令，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)電表的各種操作。自動(dòng)抄表系統(tǒng)的主站能夠掛載不同的集中器，實(shí)現(xiàn)分布式電能表系統(tǒng)的統(tǒng)一管理。第二，集中器是主要是對(duì)主站和電能表進(jìn)行溝通，也是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的中心環(huán)節(jié)。它對(duì)主站下發(fā)的指令進(jìn)行有效處理，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行執(zhí)行或轉(zhuǎn)發(fā)。根據(jù)的主站的請(qǐng)求做出各種操作的決定。通常，由于集中器轄區(qū)的電能表的數(shù)量較多，處理的數(shù)據(jù)比較大，集中器在硬件的設(shè)計(jì)必須能夠確保系統(tǒng)的可靠性和安全性，確保系統(tǒng)的有序運(yùn)行。第三，電能表是電子載波抄表系統(tǒng)的執(zhí)行終端，主要是對(duì)用戶的相關(guān)信息進(jìn)行處理，主要包括當(dāng)前電能表的表底數(shù)據(jù)、繼電器的運(yùn)行狀態(tài)以及電能的余量等，這些都是系統(tǒng)數(shù)據(jù)的主要來(lái)源。在整個(gè)通信過(guò)程中，近區(qū)電能表可能成為遠(yuǎn)程電能表的中繼站，從而過(guò)程電能運(yùn)行的穩(wěn)定性。

二、電子載波抄表系統(tǒng)集中器的硬件設(shè)計(jì)

集中器是集中下屬的數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)，并發(fā)給中心服務(wù)器，集中器有兩個(gè)通信對(duì)象，面對(duì)不同對(duì)象時(shí)，需要采取不同的通信方式，在于數(shù)據(jù)采集器通信時(shí)，使用電力線載波通信，并通過(guò)電話線與中心服務(wù)器實(shí)現(xiàn)通信。集中器的信息存儲(chǔ)和處理量較大，我們需采用處理速率較高的處理器并進(jìn)行存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。集中器是安裝在小區(qū)供電變壓器低壓側(cè)，作為載波抄表系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，是整個(gè)系統(tǒng)的核心，是連接機(jī)與用戶電表之間的樞紐。

（一）集中器的功能及技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計(jì)任何一個(gè)產(chǎn)品之前明確它的功能和技術(shù)指標(biāo)是非常必要的。集中器作為電力線載波抄表的一部分，起著上傳下達(dá)的作用。集中器的主要功能有：抄收功能。根據(jù)設(shè)置的抄收方式采集抄收電表的數(shù)據(jù)。集中器可根據(jù)上位機(jī)下載的定時(shí)抄表，在每月一次按時(shí)啟動(dòng)月凍結(jié)抄表；具有實(shí)時(shí)抄表和對(duì)某些特定表進(jìn)行抄表的功能。設(shè)置功能可通過(guò)上位機(jī)對(duì)集中器進(jìn)行設(shè)置，包括抄表時(shí)間設(shè)置、固定中繼設(shè)置等。通信功能集中器接收上位機(jī)下載數(shù)據(jù)，包括電表數(shù)量、表號(hào)、抄表參數(shù)以及中繼管理需要的信息，可根據(jù)設(shè)置抄收載波電表的數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、凍結(jié)等。校時(shí)功能集中器可通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)校時(shí)，調(diào)整時(shí)間誤差。

（二）集中器的結(jié)構(gòu)框圖

集中器本身是由主控單元、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)單元、時(shí)鐘單元、載波通信單元、數(shù)據(jù)傳送通信單元等部分組成。集中器既要做上位機(jī)的從機(jī)，又是載波電表的主機(jī)，其軟、硬件的設(shè)計(jì)要求從根本上保證系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定。主控器是集中器的核心，數(shù)據(jù)的采集、處理與傳送都是在主控器的控制下進(jìn)行的，外部擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和時(shí)鐘模塊。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器主要用于存儲(chǔ)參數(shù)、變量、集中器自身的參數(shù)、所負(fù)責(zé)電表的參數(shù)以及電表電量等；實(shí)時(shí)時(shí)鐘為集中器定時(shí)抄表提供時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)；上行通道即集中器與上位機(jī)之間的通信線路，采用公用電話網(wǎng)絡(luò)作為通信介質(zhì)，上位機(jī)與集中器進(jìn)行通信時(shí)要設(shè)置集中器連線所連接的電話號(hào)碼；下行通道即集中器與載波電表之間的通信，采用以SSC P300為核心的電力載波方式進(jìn)行抄表通信。

（三）集中器主控器的設(shè)計(jì)

在集中器的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)既要與上位機(jī)通信，又要和電話網(wǎng)進(jìn)行通信，所以需要兩個(gè)串口。本文采用W77E58作為主控制器，在它的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送與接收。在它內(nèi)部20kB的程序存儲(chǔ)器，而且擴(kuò)展能力強(qiáng)，完全能滿足系統(tǒng)的要求。W77E58是一個(gè)快速8051 兼容微控制器；它的內(nèi)核經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)，提高了時(shí)鐘速度和存儲(chǔ)器訪問(wèn)周期速度。經(jīng)過(guò)這種改進(jìn)以后，在相同的時(shí)鐘頻率下，它的指令執(zhí)行速度比標(biāo)準(zhǔn)8051 要快許多。一般說(shuō)，按照指令的類型，W77E58的指令執(zhí)行速度是標(biāo)準(zhǔn)8051的1.5-3倍。整體來(lái)看，W77E58的速度比標(biāo)準(zhǔn)的8051快2.5倍。在相同的吞吐量及低頻時(shí)鐘情況下，電源消耗也降低。由于采用全靜態(tài)CMOS設(shè)計(jì)，W77E58能夠在低時(shí)鐘頻率下運(yùn)行。W77E58內(nèi)含32KB Flash EPROM，工作電壓為4.5V-5.5V，具有1KB片上外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，當(dāng)用戶應(yīng)用時(shí)使用片上SRAM代替外部SRAM，可節(jié)省更多I/O口。

三、結(jié)論

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電能的消耗已成為供電企業(yè)和廣大用戶共同關(guān)注的重要話題，同時(shí)需要從節(jié)能降耗和科學(xué)合理抄表統(tǒng)計(jì)角度對(duì)抄表系統(tǒng)及其它供電設(shè)備進(jìn)行深入研究，采用電力線載波抄表系統(tǒng)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的科學(xué)分析和準(zhǔn)確判斷，實(shí)時(shí)了解電力用戶的客觀真實(shí)信息，制定科學(xué)而系統(tǒng)的抄表系統(tǒng)，有利于促進(jìn)電力企業(yè)和諧發(fā)展。

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