一, 設計背景 1.遠程自動抄表簡介: 遠程自動抄表系統(tǒng)就是一種可以自動采集和記錄電力系統(tǒng)客戶負荷的用電情況,并且通過一定的通信方式,自動將記錄的數(shù)據(jù)和客戶信息通過信道傳回電力用電管理中心,并由系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理,自動完成電力系統(tǒng)用電客戶的電能量計費和管理功能的系統(tǒng). 2. 低壓電力線載波通信: 低壓電力線載波通信以低壓電力線為通信媒介,用戶終端的用電數(shù)據(jù)與集中器之間的通信通過電力線載波技術來完成. 3.基于電力線載波通信遠程自動抄表系統(tǒng)組成: 系統(tǒng)主要由采集用戶電能表電能量信息的采集終端,集中器,信道和主站等設備組成.集中器安裝于輸電變壓器附近,用來抄收采集終端采集普通電能表的數(shù)據(jù),利用撥號,Internet 等多種信道送到抄表中心,并將抄表中心的命令傳輸?shù)讲杉K端. 4. 低壓電力線載波的遠程抄表的優(yōu)點: 利用現(xiàn)有的電力線作為通信介質,進行遠程抄表和實時監(jiān)控是一種高新技術,它的研究成功不僅可以替代人工日常抄表工作,提高工作效率,減小人為差錯,加強用戶管理,而且能夠實現(xiàn)遠程監(jiān)控管理工作的全面自動化,是電力部門實現(xiàn)遠程自動抄表的發(fā)展趨勢,具有廣闊的應用前景,以其低廉的成本成為市場的首選技術.而且通信技術,計算機技術和智能控制的發(fā)展,為電力線載波抄表創(chuàng)造了條件. 5.低壓電力線載波的遠程抄表系統(tǒng)實現(xiàn)的技術難點: 低壓電力線載波通信的通信距離和通信質量是系統(tǒng)的實現(xiàn)的難點.影響電力線載波傳輸質量的主要因素有:電力網(wǎng)絡的阻抗特性,衰減特性及噪聲的干擾.前兩者制約信號的傳輸距離,后者決定數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|量.這是由電壓電力線本身的傳輸特性決定的. （1） 線路的干擾和衰減很大.低壓電力線路上隨機接入很多的用電設備,部分會產(chǎn)生很大的干擾.如開關電源,變頻設備等.部分可能對載波信號的衰減很大. （2） 線路的阻抗隨時間變化.由于低壓電力線上的用電設備接入有很大的隨機性, 而每個用電設備在線路上都是衰減源,從而使得線路上的阻抗呈動態(tài)變化,這使得線路上的設備之間傳輸數(shù)據(jù)時阻抗無法與線路匹配,造成信號反射和注入線路信號減弱,直接影響傳輸?shù)馁|量. （3） 傳輸?shù)馁|量隨時間變化,由于干擾,衰減和線路阻抗是動態(tài)變化的,所以不同時段的傳輸質量有很大的差異. （4） 點對點的傳輸存在不確定性.就低壓電力線路上的兩個設備而言,其傳輸?shù)某晒εc否是隨時間變化的,在用電低谷調制的信號可以被傳輸?shù)暮苓h,兩個設備可以直接通訊,而在用電高峰調制信號很快被衰減,并受到很強的干擾,兩個設備可能不能直接 通訊. 二, 設計目標 1. 實現(xiàn)集中器的基本功能 集中器的基本功能如下: a） 抄收功能,抄收采集終端采集的用戶用電數(shù)據(jù). b） 設置功能,包括抄表時間設置,固定中繼設置. c） 通信功能,集中器接收上位機下載數(shù)據(jù). d） 數(shù)據(jù)處理,包括數(shù)據(jù)的存儲,凍結. e） 校時功能,可通過上位機進行系統(tǒng)校時,調整時間誤差. f） 中繼功能,增加傳輸距離. 2. 引進實時操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ,增強系統(tǒng)的實時性,可維護性和可擴展性. 一般的嵌入式軟件系統(tǒng)的設計都是采用前后臺式的設計方法,前臺程序是實時中斷程序,用來處理異步事件.后臺程序是一個無限的循環(huán),循環(huán)中調用相應的函數(shù)完成相應的操作.系統(tǒng)在處理信息及時性上,比實際上可以做到的要差;當系統(tǒng)任務多時,要實現(xiàn)多個任務實時操作的傳統(tǒng)方法是采用多級嵌套來實現(xiàn)多個任務并行處理,增加了軟件的編寫難度,降低了軟件系統(tǒng)的可靠性;各任務之間信息交換困難.前后臺設計方法一般采用全局變量的方法來解決統(tǒng)訊問題,情況復雜時容易出錯,如果調用不當就會發(fā) 生死鎖. 3. 采用嵌入式Internet技術,通過網(wǎng)絡接口實現(xiàn)集中器和主站的通信. 隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展,Internet 技術成為信息交換的重要途徑.在系統(tǒng)中實現(xiàn)網(wǎng)絡接口,為用戶提供更友好的操作界面. 4. 實現(xiàn)一種自動中繼算法,彌補固定中繼算法的不足. 傳統(tǒng)的解決電力線通信距離的方法是采用固定的中繼算法.固定中繼算法對于系統(tǒng)的擴展和系統(tǒng)的維護都有很大的缺陷.我們擬實現(xiàn)一種自動中繼的算法,當電力通信不能可靠完成時,系統(tǒng)自動完成數(shù)據(jù)的中繼,從而增加系統(tǒng)的一次抄表成功率. 三, 設計框圖 集中器本身由主控單元,數(shù)據(jù)存儲單元,時鐘單元,載波通信單元,數(shù)據(jù)傳送通信 單元等部分組成. 主控單元采用STR912FW44ARM芯片,主要完成整個系統(tǒng)的監(jiān)控,與上位機采集終端通信,數(shù)據(jù)存儲,系統(tǒng)配置功能. 電話MODEM單元主要利用公用電話網(wǎng)和集中器通信.上位機通過公用電話網(wǎng)實現(xiàn)對用戶數(shù)據(jù)抄收,系統(tǒng)較時和系統(tǒng)設置功能. 電力MODEM和電力線接口單元完成集中器和采集終端的通信功能.電力MODEM單元完成用戶數(shù)據(jù)的調制和解調功能.我們采用意法半導體公司生產(chǎn)的電力MODEM芯片ST7538作為調制解調器;電力線接口單元主要完成調制后的數(shù)據(jù)與電力線的耦合. 紅外模塊單元主要是用來系統(tǒng)的初始配置功能,在上位機和集中器遠程通信受阻時,允許工作人員通過紅外模塊完成數(shù)據(jù)的抄收等功能. 網(wǎng)絡接口模塊主要是用來完成上位機通過公用Internet網(wǎng)絡和集中器通信的功能,采用嵌入式WEB技術,為用戶提供更友好的操作界面. 四, 設計實現(xiàn) 為了提高項目的開發(fā)進度,我們采用英蓓特公司生產(chǎn)的Embest STR912 開發(fā)板作為開發(fā)調試的主控板,利用開發(fā)板上面的網(wǎng)絡接口和串口接口模塊進行調試開發(fā)工作. 我們把系統(tǒng)上面的電力MODEM模塊,電話MODEM模塊和紅外線模塊在實驗板上面實現(xiàn).利用開發(fā)板和實驗板構建了一個簡易的開發(fā)平臺,設計和驗證系統(tǒng)功能.目前正在調試主控板和實驗板上面電力線模塊之間的通信.