農(nóng)村電能表智能化改造設(shè)計研究

琚秋芳

摘要：電能表是電力營銷中不可或缺的重要設(shè)備，保障電能表的精確性，是電能計量中的關(guān)鍵。機(jī)械式電能表是農(nóng)村普遍應(yīng)用的一種電能表，其誤差相對較大且不利于抄表工作的實施，難以適應(yīng)當(dāng)前電力發(fā)展的實際特點及需求。為此，應(yīng)該通過智能化改造的方式優(yōu)化電能表性能，保障人們的合法權(quán)益，為企業(yè)創(chuàng)造良好效益。本文將對農(nóng)村電能表智能化改造設(shè)計的思路進(jìn)行分析，探索農(nóng)村電能表智能化改造設(shè)計的方法，為實踐工作提供參考。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村電能表;智能化改造;設(shè)計

隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電量也呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，給電力行業(yè)的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。機(jī)械式電能表、電子式電能表和多功能智能式電能表，是當(dāng)前電能表的常見類型，在農(nóng)村多采用單相機(jī)械式電能表，在電能量的測量中主要是借助于電磁感應(yīng)，其單一的功能和較低的精確度，都會給計量工作帶來一定的難度，但是其具有簡單的結(jié)構(gòu)且成本低廉。在農(nóng)村應(yīng)用機(jī)械式電能表時，需要采用人工抄表的方式，不僅加大了抄表人員的工作負(fù)擔(dān)，而且難以保障數(shù)據(jù)的精確性。因此，應(yīng)該在農(nóng)村電力發(fā)展中致力于電能表的智能化改造，保障抄表的自動化與便捷性。在設(shè)計工作當(dāng)中，應(yīng)該結(jié)合農(nóng)村用電實際情況，制定切實可行的改造設(shè)計方案。

1 農(nóng)村電能表智能化改造設(shè)計的思路

具有智能化功能的電能表，是保障抄表自動化的關(guān)鍵，為采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)提供便捷，加快我國智能電網(wǎng)建設(shè)步伐。在農(nóng)村電能表的智能化發(fā)展當(dāng)中，可以直接用新的智能式電能表替代原有的機(jī)械式電能表，同時也可以采用改造設(shè)計的方式進(jìn)行優(yōu)化，增強(qiáng)其智能化功能。前者由于需要較大的資金投入，因此在實踐工作中的應(yīng)用相對較較少，通常采用改造手段將電子設(shè)備應(yīng)用于傳統(tǒng)機(jī)械式電能表當(dāng)中，相較于前者而言其成本更低^[1]。同時，能夠充分發(fā)揮機(jī)械式電能表的穩(wěn)定性、耐用性和耐磨性特點，實現(xiàn)與智能化功能的有效融合。在接收命令、讀取數(shù)據(jù)和發(fā)送信息的過程中，需要借助于數(shù)據(jù)采集模塊和軟件控制。利用電脈沖替代原有的鋁盤轉(zhuǎn)動，對電脈沖數(shù)量進(jìn)行計算后，在存儲器當(dāng)中完成電量信息的存儲，為抄表等工作提供便捷。因此，應(yīng)該明確微控制器、電源、存儲器、時鐘電路、紅外收發(fā)、光電傳感器之間的銜接關(guān)系，保障設(shè)計的合理性。

2 農(nóng)村電能表智能化改造設(shè)計的方法

2.1 光電轉(zhuǎn)換模塊

在對鋁盤轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行計算時運用機(jī)械計數(shù)器，是機(jī)械式電能表的基本運行原理，在電能表數(shù)據(jù)采集終端的應(yīng)用中存在一定局限性，因此可以在改造設(shè)計中應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換模塊使其轉(zhuǎn)換為電脈沖，在計數(shù)時借助于微控制器保障精確性與高效性。通過設(shè)置黑色標(biāo)記完成電脈沖計數(shù)，轉(zhuǎn)動到發(fā)光二極管的發(fā)射孔時，光敏三極管能夠接收到光^[2]。而黑色標(biāo)記位置轉(zhuǎn)動到發(fā)射孔時，由于光被吸收，因此光敏三極管無法接收到光，輸出為0.上述過程就是將其轉(zhuǎn)換為電脈沖的基本原理，在計數(shù)上更具可靠性。

2.2 主控電路

采用AT89C2051芯片作為微控制器，在計數(shù)完成后轉(zhuǎn)換為電能量。向AT89C2051芯片輸入脈沖信號，通過微控制器進(jìn)行計數(shù)，在電量存儲器當(dāng)中完成電能量的存儲^[3]。通過提供220V交流電滿足VCC端的運行需求，在單片機(jī)時鐘輸入當(dāng)中，還要依靠晶體振蕩器，時鐘信號的頻率為12MHz。

2.3 電源模塊

為了能夠保障采集模塊的高效運行，需要對電源模塊加以針對性設(shè)計，+5V電源可以滿足外圍電路和主控芯片的運行需求，發(fā)揮采集模塊的數(shù)據(jù)采集功能。因此，應(yīng)該對220V電壓進(jìn)行有效處理，確保電源穩(wěn)定性。為了能夠?qū)χ绷麟娫吹倪\行情況進(jìn)行控制，還要設(shè)置相應(yīng)的LED指示燈，在+5V的輸出中則應(yīng)用集成穩(wěn)壓器，包括了負(fù)載電阻、輸出端濾波電容和輸入端濾波電容等等^[4]。

2.4 電量存儲模塊

采用TA93C46芯片作為電量存儲模塊，能夠降低功耗的同時，滿足串行數(shù)據(jù)的重復(fù)擦寫需求，由于EEPROM方式的應(yīng)用，能夠有效控制印制板大小，同時避免接線過于復(fù)雜而對功能造成的影響。串行數(shù)據(jù)輸出線DO、串行時鐘線SK、CS片選端和串行數(shù)據(jù)輸入線DI，能夠為主控電路和TA93C46存儲器提供便捷，滿足數(shù)據(jù)交換功能需求。存儲器片選CS可以通過AT89C2051P1.0進(jìn)行控制，串行數(shù)據(jù)輸出線DO、串行時鐘線SK、串行數(shù)據(jù)輸入線DI分別由P1.3、P1.1和P1.2進(jìn)行控制。利用AT89C2051單片機(jī)編程功能可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送^[5]。應(yīng)該充分考量串行數(shù)據(jù)的傳送模式特點，確保硬件邏輯接口電路設(shè)計的科學(xué)性，同時借助于單片機(jī)軟件模擬功能，為傳送總線數(shù)據(jù)提供保障，這是保障讀寫正確性的關(guān)鍵點。

2.5 紅外收發(fā)模塊

采用紅外收發(fā)芯片ZHX1010作為紅外收發(fā)模塊，滿足Ir DA SIR串行紅外通信協(xié)議的要求，有線連接微控制器。LEDA端的電流主要由直流電流提供，在此過程中需要借助于外界限流電阻，數(shù)據(jù)傳送到收發(fā)器當(dāng)中時，微控制器可以通過P3.0口接收進(jìn)而完成數(shù)據(jù)處理。

2.6 性能測試

在完成電能表的智能化改造設(shè)計后，對其進(jìn)行有效測試，確保其性能可靠性，其中包括了穩(wěn)定性測試和準(zhǔn)確性測試兩個方面。在我國的相關(guān)規(guī)定當(dāng)中，工業(yè)用儀器儀表最大測量誤差包括了2.5%、1%、4.0%和1.5%等，在相關(guān)測試工作當(dāng)中，未發(fā)現(xiàn)測量誤差超過4.0%，因此改造設(shè)計能夠滿足電能表的運行標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)語

加快農(nóng)村電能表的智能化改造設(shè)計，能夠有效提升電能表的運行性能，防止由于誤差較大而引發(fā)不必要的糾紛，同時為電力企業(yè)創(chuàng)造良好經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)其發(fā)展競爭力。在設(shè)計工作當(dāng)中，應(yīng)該加強(qiáng)對光電轉(zhuǎn)換模塊、主控電路、電源模塊、電量存儲模塊和紅外收發(fā)模塊的重視，明確不同模塊的功能特點及設(shè)計方法，同時做好相應(yīng)的性能測試工作，確保設(shè)計方案的可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1]李凱.電能表RFID智能化簽封管理的應(yīng)用[J].電子測試，2020（02）：108-109.

[2]朱勝君.電力營銷計量改造難點及解決策略[J].建材與裝飾，2019（33）：232-233.

[3]邱添. 新農(nóng)村配電網(wǎng)智能化改造的研究與實踐[D].華僑大學(xué)，2017.

[4]賈玲.智能型電能表結(jié)構(gòu)設(shè)置及功能應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014（22）：136-137.

[5]陳梨芳.農(nóng)村電能表智能化改造設(shè)計研究[J].海南師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，26（02）：164-167.