一种远程抄表系统设计

维普资讯 http://www.cqvip.com 专题技术与工程应用　一种远程抄表系统设计　安进朝，王涛　（河北远东哈里斯通信有限公司，河北石家庄０５００８１）　摘要基于现在电力载波传输距离短及抗干扰能力差的缺点，采用广泛铺设的电话线为载体提出了一种远程抄表系　统的设计方案。对远程抄表系统中电能表的选择和主战的设计思路给予说明，分别从软件和硬件上论述了终端站的设计，对　系统的可靠性也提出具体的可行性措施。在实际应用过程中仍需根据具体情况和市场需求在功能和机构上做进一步调整。　关键词有线通信；主站；终端站；规约；４８５总线　中图分类号ＴＰ９１９　文献标识码Ａ　文章编号　１００３—３１０６（２００７）０２一ＯＯ４６—０３　Ａ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ａ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｍｅｔｅｒ　Ｒｅａｄｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　ＡＮ　Ｊｉｎ—ｃｈａｏ．ＷＡＮＧ　Ｔａｏ　（Ｈｅｂｅｉ　Ｆａｒ　Ｅａｓｔ　Ｈａｒｒｉｓ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｃｏｍｐａｎｙ　Ｌｉｍｉｔｅｄ，　批　眦　Ｈｅｂｅｉ，０５￣８１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｈｔｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｌｉｎｅ　ｃａｒｒｉｅｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｓｈｏｒｔ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ａｎｔｉ—ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｆｏｒ　ａ　ｒｅｍｏｔｅ　ｍｅｔｅｒ　ｒｅａｄｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｈｉｃｈ　ａｄｏｐｔｓ　ｔｈｅ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ　ｗｉｒｅ　ａｓ　ｃａｒｒｉｅｒ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｍａｉｎｌｙ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｔｈｅ　ａｍｍｅｔｅｒ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｄｅａ　ｏｆ　ｍａｓｔｅｒ　ｓｔａｔｉｏｎ，ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｅｒｍｍＭ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｈｔ６　ｆｅａｓｉｂｌｅ　ｍｅｈｔｏｄｓ　ｏｆｒ　ｈｔｅ　ｅｒｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｈｔｅ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｔｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ，ｓｏｍｅ　ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｓｐｅｃｉｉｆｃ　ｅａｓｅｓ　ａｎｄ　ｍａｒｋｅｔ　ｄｅｍａｎｄ　ｎｅｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｄｏｎｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｗｉｅｒ—ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｍａｓｔｅｒ　ｓｔａｔｉｏｎ；ｔｅｒｍｉｎａｌ　ｓｔａｔｉｏｎ；ｓｔｉｐｕｌａｔｉｏｎｓ；Ｎｏ．４８５　ｂｕｓ　０　弓ｌ言　设备组成。终端站系统由抄表终端、４８５模块及通　信设备组成。抄表终端通过４８５总线循环地读取每　随着现代科技的发展，自动化在工作生活中的　块电能表的数据，并进行计算和存储，然后将这些数　要求越来越高，远程抄表设备随之产生。远程抄表　据上传到电力局的抄表工作站，抄表工作站再对这　设备在现代化电力工作中已经取代过去的人为操作　些数据进行分析和计算，最后生成各种数据报表。　的繁琐工序，进而以高效率的远程控制来完成，既节　省劳动提高效率也实现对现场的实时监测和控制。　１．２　电能表和采集装置选择　远程抄表系统是提高用电管理信息水平，强化电能　随着数字电子技术的飞速进步，电子式电能表　计量抄表的重要手段，是实现电量自动记录与远方　的功能逐渐增多并日趋完善。全电子式电能表不再　监测、快捷实时抄表、分片科学管理、提高企业经济　使用感应系测量机构，而是由乘法器完成对电功率　效益和社会效益的重要技术措施。它的出现极大地　的测量。各种新型电子式电能表不断推出型号各　方便了住户，保护了人们的私密空间，杜绝了抄表扰　异、功能众多的新产品，但其基本原理相同，主要功　民的问题，简化了管理手段，减轻物业管理负担。因　能可归为３个方面：①计量、计费功能：分时计量、最　此，这种远程抄表系统是新一代的具有自动化计量　大需量计量和预付费等；②保护功能：过电流、过电　收费的管理系统，是提高住宅智能化的必然，合乎人　压保护与防窃电保护等；③通信功能：红外、无线或　们高品质生活的追求，符合国家小康型住宅产业的　载波通信等。　精神。　对于依旧使用老的脉冲表的社区采用增加一个　１　远程抄表系统的构成　采集器的办法，以保证抄表终端的统一性。采集器　主芯片采用７７Ｅ５８单片机，工作时单片机只需定时　１．１　远程抄表系统的工作方式　测量输入的脉冲，再根据脉冲数与用电量之间的比　例关系即可得到用户的用电量。这里的每块采集器　完整的抄表系统由终端站系统和主站系统２部　挂８块脉冲电表。　分组成，主站系统由抄表工作站、局长工作站及通信　收稿日期：２００６．１０－９　４６　２ＯＯ７　Ｒａｄｉｏ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．３７　Ｎｏ．２　维普资讯 http://www.cqvip.com １．３终端站的设计　１．３．１硬件设计方案　多输出开关电源负责为终端供电，它输出ＤＣ　＋５　Ｖ／０．５　Ａ和ＤＣ　４－１２　Ｖ／０．５　Ａ电源各一组，其交　流输入的设计范围为ＡＣ　２２０　Ｖ　－４２０％。为了降低电　源模块的体积，采用ＴＯＰ２ＸＸ脉宽调制功率开关为　核心器件，构成单端反激式电路。　ＭＯＤＥＭ模块采用ＰＬ２１０１芯片，ＰＬ２１０１由于采　用了直接序列扩频、数字信号处理和直接数字频率　合成等新技术，并采用大规模数字／模拟混合０．５　肚ｍ　ＣＭＯＳ工艺制作，所以在抗干扰、抗衰落性能以　及国内外同类产品性能价格比等方面有着出众的表　现。当与主站进行通信时，调制解调器将接收到的　ＦＳＫ音频信号转变成数据信号送给数据采集和处理　板ＣＰＵ的串行接口，终端接收后，首先进行纵横向　奇偶校验，接收正确后，下发给电表。回收电表数据　时，数据采集和处理板ＣＰＵ回发报文，按通信规约　组成一帧报文后通过串口将报文数据发出，经调制　解调器变ＦＳＫ音频信号通过电话线传向主站抄表终　端机可与用户共用同一条电话线，ＭＯＤＥＭ模块装有　小型交换机，当有外线打入时，调制解调器提示进入　正常电话通信系统，若为主站抄表，则自动进行抄表　处理。　数据采集和处理模块主要由８０Ｃ５５２单片机、　８５８３时钟芯片、２片６２２５６扩充芯片以及２片８２５１　通信芯片构成。通过软件的编辑可实现数据采集、　数据保存、数据发送和控制命令的接收以及其他数　据掉电保护等重要功能。在本系统中，单片机的资　源分配为：１Ｕ作为定时器，实现单片机２０　ｍｓ中断；　ＥＥＰＲＯＭ存储器用来保存单片机的地址等一些重要　数据；Ｗａｔｃｈ　Ｄｏｇ定时器防止单片机“死机”或“跑　飞”；串行口ＵＡＲＴ实现单片机发射／接收模块之间　的数据交换。　液晶显示模块由一个８位ＬＥＤ及其动态扫描　控制芯片构成，主要完成电量数据的查询显示，便于　用户了解自己的电量或电费情况。　１．３．２主模块软件设计方案　单片机、计算机之间的通信速率为９　６Ｏ０　ｂ／ｓ，采　用１个起始位、８个数据位、１个停止位的格式。此　设备所有程序均采用汇编语言完成，程序稳定性好。　数据采集和处理模块是整个终端的核心，由主程序、　中断处理程序和后台处理程序３部分组成。　①主程序。主程序部分首先对单片机进行初　始化，包括堆栈指针设置；端口的工作方式设置；定　时器的预分频系数和初值设置；串行通信的控制寄　存器和波特率寄存器的设置；串行通信的起始地址　专题技术与工程应用　设置；看门狗定时器的周期及初值设置；单片机的地　址设置；开全局中断等。之后是主程序的主循环部　分，根据相应标志位的不同进入不同任务子程序；　②中断处理程序。用８０Ｃ５５２芯片定时器０实　现２Ｏ　ｍｓ定时中断，由于定时器０不具备自动重装　载功能，所以每次进入中断需对定时器初始值重置，　以保证下次中断的正常进入。报文的组织、发送和　接收是在串口中断程序中实现的。串口中断由单片　机ＴＸＤ和ＲＸＤ管脚实现，由软件直接控制其接收　和发送。当检测到有数据准备输入时，进入串口处　理子程序，先将数据区、参数区和缓冲区初始化，根　据接受到相应标志位的不同对报文做出判断并跳转　到相应的子程序。因为程序每进入一个子程序系统　自动将此时程序运行地址压人堆栈，所以在每次从　子程序出来前要将进入子程序前的程序地址指针弹　出，以保证返回地址的正确人口。这个问题在子程　序嵌套比较深的大型程序中最值得注意，一旦程序　运行结果出现错误，问题不好查找；　③后台处理程序。后台处理程序相对比较复　杂，主要是对接收到的数据进行自动存贮、转移和计　算，这里面涉及到各种数制之间的运算和转换，汇编　语言不同于Ｃ语言等高级语言有专门的函数实现　这些功能，在汇编语言中所有的这些运算均由专门　的子程序完成；　④ＸＲＡＭ区空间的分配。需要存储的数据主　要分为３部分：数据区、第一备份区和第二备份区。　数据区包括历史日月数据（３个月），实时日月数据　以及各种标志位的指定。第一备份区和第二备份区　主要是对数据区数据进行备份存储。这就相当于同　一个数据在３个地方存储，一旦对某个数据进行操　作时，程序对这３个地区的这个数据进行比对，如果　一致则数据参与后续操作，一旦发生数据不一致现　象，程序选择有２个一致的数据参与操作同时将此　数据覆盖发生问题区域。以此种方式实现数据的准　确性保护。　１．４主站的设计　全部采用Ｖｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃ语言编写。程序设计采　用３大模块：可视化模块、自动循测模块和手动实时　召测模块。主要完成用户用电数据的采集，送电能　表参数、用电信息、欠费警告及断电控制，不安全和　违章用电监视报警，用户用电管理及查询，报表输出　等功能。其中用电采集程序可以进行定时统抄、不　定时统抄及单用户随时查抄。用电量按地址统计，　以便合理地调整配电变压器三相负载的配置，使供　电系统的性能发挥得更好。在电费结算时，可通过　分时计费、合理定价，使负载基本恒定。电表参数、　２００７年无线电工程ａｔ　３７卷ａｔ　２期　４７　维普资讯 http://www.cqvip.com

专题技术与工程应用　用电信息可送到用户终端，从而非常方便地修改电　能表参数，显示用户的用电量及结算电费。欠费警　告及断电控制功能可督促用户按时交费。不安全和　违章用电监视报警功能可使用电监察人员迅速准确　地维护用电秩序。日报表、月报表、年报表的形成和　器的４８５总线上，在通信波特率一定的情况下，带负　载数的多少，与信号能传输的最大距离是直接相关　的。具体关系是：在总线允许的范围内，带负载数越　多，信号能传输的距离就越小；带负载数据少，信号　能传输的距离就发越远。合理的网络布局、信号通　输出方便而快捷。　２通信方式的选择　２．１通信信道的选择　上行通道：指的是终端与主站之间的通信线路，　可以采用电话载波、低压电力线载波和无线等通信　方式；下行通道：指的是终端与表之间的通信线路，　主要有４８５总线、电力线载波２种通信方式。电力　载波传输系统所处的环境因低压电力网的噪声干扰　是很恶劣的，所以应采取某些措施消除噪声，特别是　脉冲噪声对数据传输的影响。电力载波方式虽然存　在许多弊端，但因其操作简单，节省铺设线路的时间　和成本，依然是许多设备选择的通信方式。无线通　信最早是用电台来实现时实数据传输和控制，随着　手机通信技术的完善，无线通信中也逐渐发展到用　手机模块的短信方式来遥控。此种方式对外界环境　有一定的要求，也不易普及应用。此处上行信道采　用普通电话线分线器方式，安装有防雷模块。分线　器方式是指终端和一部电话机共用一条电话线，终　端自动对打人的电话进行识别。下行信道采用４８５　模块方式。　２．２通信规约的选择　规约是不同设备之间完成正常通信都必须遵守　的一种协议。终端要遵循２种规约，一个是对上，即　与主站之间的通信规约，另一种是对下即与电表之　间的通信规约。终端对上的规约比较灵活，只要能　与主站统一又符合可靠性和准确性的要求，可根据　不同要求自行制定，当然也可采用国家颁布的统一　形式ＤＬ／Ｔ５３５—９６｛电力负荷控制系统数据传输规　约》。终端对下的规约限定就比较严格，必须附合电　表的通信模式。目前国内大部分电表采用ＤＬ／Ｔ　６１４—１９９７《多功能电能表通信规约》和《威胜三相交　流电能表数据通信协议Ｖ３．０》，所以终端也要根据　电表规约的不同采用相应的通信模式。此终端与主　站之间采用国家电力部颁布的《多功能电能表通信　规约》，终端与表之间的通信兼容以上２种协议。　３　４８５总线设计及可靠性分析　３．１　４８５总线的连接　４８５总线是一种数据传输方式，在选定了驱动　４８　２００７　Ｒａｄｉｏ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏｉ．３７　Ｎｏ．２　道的连续性、周全的保护措施是确保４８５总线长距　离正确传输数据的前提。４８５的网络拓扑采用终端　匹配的总线型结构，不支持环行和星型网络。此处　采用一条总线将各个节点串接起来，从总线到每个　节点的引出线长度尽量短，以便使引出线中的反射　信号对总线信号影响最低，达到最好的通信效果。　３．２系统可靠性设计　抄表系统必须在电力系统中准确、可靠地长期　运行。可靠性是系统成功的关键，因此本系统设计　时着重考虑了以下方面的可靠性设计：数据传输采　用奇偶校验，程序简单，也可验出传输中的大部分错　误；数据模块采用金属封装，抗干扰能力强；８０Ｃ５５２　单片机内自带ＥＥＰＲＯＭ，突然掉电时能保护紧要数　据；８０Ｃ５５２单片机内自带看门狗电路，防止系统掉　入死循环。　４结束语　远程抄表系统在全国各地的智能小区中陆续兴　起，实现了不入户抄收电表、煤气表、自来水表和暖　气热量表等。系统利用现场总线和抄表设备连成网　络，实现抄表到物业中心计算机上，更多的要继续通　过网络传输到水、电、煤气等专业公司。远程抄表系　统应用非常灵活多变，应用范围非常广泛，既可用在　大型变电站也可深入细致到每家每户，前景非常广　阔。此抄表系统的设计开发虽然在技术和功能上都　有很大提高，在目前外界环境比较复杂的条件下也做　了相应的处理，性能更可靠，但是它还有许多需要提　高和完善的地方。远程抄表系统发展越发成熟，随着　科技的发展，它的控制传输方式也随之发生着变化，　其功能也不断的增加和完善，它的更进一步的发展和　完善必将推动我国自动化事业的更深的发展。　．砉．　参考文献　［１］沈美明．ＩＢＭ—ＰＣ汇编语言程序设计实验教程［Ｍ］．北　京：清华大学出版社，２００１．　［２］秦国屏．载波通信原理［Ｍ］．北京：中国电力出版社，　１９９８．　作者简介　安进朝男，（１９７８一），河北远东哈里斯通信有限公司工程师。　主要研究方向：程控交换和电力通信。