最新)基于单片机的电力线远程抄表系统设计

最新)基于单片机的电力线远程抄表系统设计内容摘要：

车载无线电抄表 :通过小功率无线电收发器进行表计和手持电脑或车载电脑的通信，抄读表计的数据，降低了抄表过程的工作量。 自动抄表 (Automatic Meter Reading):全自动抄表是指抄表主站 (Master Station)通过通信通道 (如电话网、无线电通信、电力线载波 (PLC)通信、有线电视电缆通信、光纤电缆通信、专 用线路通信等 )自动地读取每一只表计的数据，通过遥测、传输和计算机系统汇总到营业部门，代替人工抄表及一连串后续工作。 用于电力系统的自动抄表系统按其用途分类，主要有用于抄读低压电力用户表计的抄表系统和用于抄读变电站 (发电厂 )关口及大用户表计的抄表系统。 目前低压用户集中抄表系统主要完成电能量数据的燕山大学本科生毕业设计（论文） 4 自动采集和处理，为电能量计费和用电管理系统提供准确的数据。 论文的主要内容 论文比较系统的讨论了基于单片机的电力线远程抄表系统的原理，主要进行了硬件方便的设计，主要讨论的内容有以下三点： (1) 研究了 远程抄表的 工作过程 ,采用低压电力线传输。 (2) 分析了电力线远程抄表系统的构成、原理以及功能。 (3) 详细阐述了数据采集器和数据集中器的软硬件设计。 第二章 远程自动抄表系统的构成及功能 5 用户载波表 系统主站 集中器 市话线 台变 载波采集终端 图 21 低压电力线载波自动抄表系统框图 第 2 章 远程自动抄表系统的构成及功能 本章系统介绍远程自动抄表的实现过程， 电表采用的是载波电表，利用低压电力线传输，集中器 与 系统主机的连接是通过 PSTN（公共电话网络），这样能有效减少重新架设传输线路，有效的利用即有网络实现通信，节省了人力，物力，财力。 远程抄表系统的构成 系统构成框图如图 21 所示。 采用 用户载波 表加载波采集终 端，即可进行电力线载波通信功能的操作，完成电能计量、电压和功率测量等。 集中器挂接在同一台配变 器 下的电力线上，根据设置的要求定时或随时通过电力线抄收台变下所有载波表的测量数据并保存。 主站计算机可通过电话网或其他通信媒介对集中器发布设置、广播命令或抄表命令，对集中器进行综合数据的抄收，对集中器下的任一台载波电表进行召抄或通断电控制，从而实现远程抄表和监控功能，极大减少电力部门的劳动力，提高社会效益和经济效益。 为电力管理上等级和现代化管理水平的提高打下坚实的基础 ［ 4］。 燕山大学本科生毕业设计（论文） 6 通信媒介接口模块 自适应控制电路 电力线载波通信处理接口 CPU 工作状态显示 大容量数据存储区 系统硬件 时钟 本地通信接口线路 抗 EMI 保护和电源管理模块 系统工作原理 集中器 数据集中器在抄表系统中起着很重要的作用，工作原理如图 22 所示。 图 22 集中器工作原理框图 集中器根据已设置好的不同的抄表方案对各载波电表实现双向数据传送，具有内部硬时钟可与系统进行广播校时，并实施定时抄表命令，存储抄表数据，可通过各种网络媒介与主站完成数据交换。 集中器的作用是将配变台区载波电能表连成本地网络，能自动抄录数据采集终端及载波单表的数据，集中并存储。 通过抄表器或电话线将数据传输给电力局的计算机中心。 从图 22 可看出，数据集中器是由 CPU, RAM、直流电源 ［ 5］ 、指示电路及接口组成，是一个能通过载波接口及 RS232 接口与外界通信的单片机系统。 下面简要介绍各组成部分 : (1) 直流电源 :利用 220V 交流电降压后，经整流、滤波、稳压后分别得到 +24V, +5V. (2) 指示电路 :指出数据集中器工作是否正常、欠压。 (3) 主机 :由 CPU, RAM 以及附加电路组成运行程序，完成各项功能。 第二章 远程自动抄表系统的构成及功能 7 (4) 接口电路 :具有 RS232 接口、载波通信接口、 RS485 接口 两 个接口电路。 其中 RS232 接口和 RS485 接口是通过电缆进行抄表器通信、计算机通信。 载波通信接口是利用电力线与载 波单表、采集终端进行载波通信。 工作原理 ， CPU 与 RAM 的工作原理与一般的计算机系统类似，这里主要介绍接口的工作原理。 (1) RS232 接口 ［ 6］ 由 9 脚 D 型插座与外部设备联系， D 型插座所有脚上的信号电平都是EIA 电平 :“ 0” (+3V— +15V),“ 1” (3V— 15V)。 这种电平，经过几十米导线传输衰减后，仍能区分“ 1”或“ 0” ，而 TTL/CMOS 电平经导线传输衰减后很难区分“ 1” 或“ 0”。 所以，凡是数据集中器输出到 D 型插座的信号(RTS,TD,DTR)需将 TTL/CMOS 电平转换成 EIA 电平，凡从 D 型 插座输入给数据集中器的信号 (DCD,RD,RI， CTS)需将 EIA 电平转换成 TTL/CMOS电平。 电平转换是 RS232 接口的第一个功能。 RS232 接口的第二个功能是传递通信的应答信号，以便步调一致，顺利地通信。 (2) MODEM 功能 EIA 电平在 30m 距离内传输，衰减后仍能辨认，所以数据集中器与抄表器之间通信，只需通过 D 型插座将它们相连就行了。 由于直接相连，应答信号可以免去，只需发送数据、接收数据、地线三根线相连就可以了。 超过 30m 距离就不用专用线了、一般借用电话线 ［ 7］。 但电话线只能传输模拟信号，通带很 窄 (303kHz )，而数据集中器与计算机中传递的都是数字信号“ 1”与“ 0” 其跳变部分含有很高的频率成分。 如在电话线上直接传输数字信号，将产生很大的失真，无法区分“ 1”与“ 0” 造成数据传输出错。 为了能用电话线传输数字信号，在发送端必须先将数字信号“ 1”与“ 0”转换成 2kHz 与 1kHz 的音频信号 (属于模拟信号，在电话线的通带范围之内 )，再调制到电话系统的载波上，沿电话线传输出去，在接收端再进行反变换，将模拟信号还原成数字信号“ 1”与“ 0” 数据集中器将数据传送计算机。 这个任务是 MODEM 来完成。 发送端的 MODEM 是将数字信号变换成模拟信号、接收端的 MODEM 是将模拟信号变换成数字信号。 (3)载波通信接口 本接口的核心是电力线载波通信集成电路。 在发送状态时，它把数字信号调制成调频信号而发送到电力线上 ［ 8］。 在接收状态时，它能从电力线上接收微弱的调频信号，经限幅放大后，解调成数字信号，滤去高频谐波燕山大学本科生毕业设计（论文） 8 调制 电流控制振荡器 正弦波发生器 ALC 功 放 图 23 载波通信发送电路 C0 R0 数字输入 噪声等，再整形成数字信号。 A、发送电路 当 TX IRX 输入端为“ 1”时，集成电路处于发送状态，其框图如图 23所示。 数字信号经调制器去控制电流控制振荡器，将“ 1”和“ 0” 分别变成65kHz 与 的三角波，经正弦波发生器整形成正弦波，经自动电平控制 (ALC)到功放输出。 电流控制振荡器的中心频率 fo=65kHz，由 Co 粗调，Ro 细调。 ALC 实现输出幅度自动调节，当负载阻抗很高时， ALC 将减少驱动，当负载阻抗低时， ALC 提供大的驱动，本芯片发送电流可达 60mAPPe输出电压幅度由负载阻抗和输出电流决定。 如输出电流不够 (在传输距离远，负载阻抗低时 )可外接功率放大器。 B、接收电路。 当 TX IRX 端输入“ 0”时，集成电路处于接收状态。 框图如图 24 所示。 数据采集终端 . 数据采 集终端是一个 测 量电表用电量的单片机系统 ［ 9］ ，如下图 25 所示。 其中主机是核心，程序存在主机 CPU 中。 由于单元式公寓一个单元大多为 1014 户，所以数据采集终端设计为 16 户。 表计输出的采样脉冲，经过输入电路实现信号电平转换，再经施密 特 电路整形变换成方波，以满足 第二章 远程自动抄表系统的构成及功能 9 锁相环 低通滤波器 比较器 脉冲噪声虑波器 集电器开路电路 I/O 载波信号 图 24 载波通信接收电路 限幅放大 用户 1 用户 2 用户 16 16 脉冲输入及整形电路 选 通电路 选 通电路 主机 红外通信接口 载波通信接口 附加电路 18户 916 户 P 图 25 数据采集终端 单片机对输入信号的要求。 因为单片机的 P 门只能通 8 路数据，所以 16 路脉冲，要采用分时制，先通 18 路，再通 916 路，故需要经过一个选通电路。 附加电路 ,为确保数据采集终端安全可靠地运 行 ［ 10］ ，除上述主要组成部分之外，还有许多附加电路，如看门狗、掉电检测、实时时钟、状态指示电路、蜂鸣器、片外 EPROM 等。 数据保护是数据采集终端的关键问题之一。 采用看门狗电路、系统复位电路和上、掉电检测电路，就是为了保护燕山大学本科生毕业设计（论文）。