基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電表數(shù)據(jù)采集器設計

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摘 要：電力企業(yè)需要對智能電表進行監(jiān)控，本文介紹一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電表數(shù)據(jù)采集器。此采集器擁有獨立的TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議棧，也提供API函數(shù)接口，支持的通信協(xié)議是基于RS485總線的Modbus。這些功能支持智能電表進行數(shù)據(jù)的采集，并可幫助其實現(xiàn)遠程操控及雙向網(wǎng)絡傳輸。采集器的適用環(huán)境廣泛，實用性較強。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能電表；數(shù)據(jù)采集器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.130

0 引言

基于社會的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已具雛形，智能電網(wǎng)發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)電表已經(jīng)不再能滿足發(fā)展需求，智能電表將完成傳統(tǒng)電表的替代。目前有多種遠程抄表系統(tǒng)，如專用光線網(wǎng)絡的方式、電話交換網(wǎng)絡的方式、GPRS方式等。以上這些方式不論是在成本，還是在功耗等方面，都各有優(yōu)缺點。電力企業(yè)需要一種新型的，集合各種優(yōu)點于一身的采集方式[1]。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電表數(shù)據(jù)采集器的整體介紹

1.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電表數(shù)據(jù)采集器的工作流程

數(shù)據(jù)采集器工作流程如下：

（1）進行數(shù)據(jù)的采集與處理工作，此項工作通過RS485總線終端智能儀表節(jié)點完成；

（2）進行協(xié)議的轉換；

（3）開始TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議的封裝打包工作；

（4）將數(shù)據(jù)上傳至互聯(lián)網(wǎng)，此步通過網(wǎng)絡接口進行，以供上方監(jiān)控平臺使用。

1.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電表數(shù)據(jù)采集器的功能概述

在進行數(shù)據(jù)采集的同時，采集器還可接收遠程發(fā)來的命令，并將命令下達至智能儀表的節(jié)點，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡的雙向通信與控制效果。此外，采集器承擔著本地存儲、調試等多項功能。因此，數(shù)據(jù)采集器從本質上是一個集網(wǎng)關、數(shù)據(jù)采集功能于一體的智能型設備[2]。

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電表數(shù)據(jù)采集器的功能圖如下圖1所示。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電表數(shù)據(jù)采集器的系統(tǒng)硬件設計

2.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電表數(shù)據(jù)采集器的系統(tǒng)硬件設計原則

系統(tǒng)硬件設計的基本標準是功耗、可靠性。此外，還應兼顧現(xiàn)場的供電及日后維護等條件，主要包含以下幾點內容：

（1）低功耗方面：利用低功耗主控器、外圍功能元件來實現(xiàn)低功耗；

（2）多方案供電方面：在實際應用中除外部電源適配器供電方式外，還應為其配備后備電池；

（3）易維護性方面：通過預留本地的調試接口，利于日后的現(xiàn)場維護，此外還可通過遠程網(wǎng)絡的方式來進行授權維護；

（4）抗干擾及穩(wěn)定性方面：在選用器件時，選擇抗電磁干擾性強的器件，將電路進行合理規(guī)劃，設計科學的分區(qū)布局，實時監(jiān)測系統(tǒng)運行環(huán)境的溫度、濕度并及時進行異常情況處理等。

2.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電表數(shù)據(jù)采集器的終端設備硬件設計

數(shù)據(jù)采集器的硬件采取的形式為模塊化的電路設計，主要包括：

（1）網(wǎng)絡模塊：網(wǎng)絡接口選用HR911105A的RJ45接口，因其內部含有網(wǎng)絡信號的電壓轉換、保護電路，所以減少了PCB的設計負擔。

（2）數(shù)據(jù)存儲模塊：在模塊的選擇時，選取小型大容量記憶卡作為存儲載體，減少占地空間，提升存儲容量。

（3）微控制器最小系統(tǒng)模塊：選取滿足系統(tǒng)設計要求的飛思卡爾的超低功耗微控制器為主控芯片，因其除包含數(shù)個接口外，還集成了功能較為強大的定時裝置、高速模擬比較器。

（4）電源管理模塊：系統(tǒng)需要對核心部分、采集部分、網(wǎng)絡部分的電路采取穩(wěn)壓設計以降低功耗及干擾因素。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電表數(shù)據(jù)采集器的系統(tǒng)軟件設計

數(shù)據(jù)采集器的系統(tǒng)軟件設計所采取的設計思路是服務式、層次化。

（1）對應不同的模塊，編寫出相應的通信協(xié)議代碼、驅動代碼；

（2）ARM內核的NVIC可幫助系統(tǒng)實現(xiàn)對多種任務的進行實行任務的交替、調度，最終實現(xiàn)多任務處理過程；

（3）對程序代碼結構進行優(yōu)化，最終使得系統(tǒng)對于任務的響應速度、對于物聯(lián)網(wǎng)資源的利用率都有巨大的提升。

因為數(shù)據(jù)采集器的軟件設計所采取的設計形式是服務式的，所以系統(tǒng)設備就以服務進程方式進行，主要包括：初始化服務、后臺調試服務、文件系統(tǒng)服務、網(wǎng)絡傳輸服務、數(shù)據(jù)采集服務。

因為數(shù)據(jù)采集器的軟件設計所采取的設計思想是層次化結構，所以系統(tǒng)利用層次分明的結構來進行一系列的程序設計，這些對于代碼的編寫、修改以及閱讀都非常有利。主要包括：TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議、存儲設備驅動。

4 結束語

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電表數(shù)據(jù)采集器利用計算機技術、測量技術、通信技術的優(yōu)勢結合，將數(shù)據(jù)采集、電量計量及數(shù)據(jù)處理集合于一體，亦將居民電量能耗信息、綜合處置相結合。其不但可節(jié)省人力資源成本，又提高相關管理部門的工作效率。對電力客戶現(xiàn)有的電表資源及通訊資源加以充分利用，并借助于計算機信息網(wǎng)絡建立起一種智能電表數(shù)據(jù)采集器，大大提升電力企業(yè)的工作效率，降低成本，增加經(jīng)濟效益[3]。

參考文獻：

[1]亢紅波，許宏科.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電表采集系統(tǒng)設計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2015（08）：15-18.

[2]亢紅波，許宏科.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電表數(shù)據(jù)采集器設計[J]. 自動化與儀器儀表，2015（04）：230-233.

[3]阮蕾.居民用電表遠程智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計[J].黑龍江科技信息，2015（31）：129.