电力远程抄表中集中器的设计.pdf

自 动 化 技 术 与 应 用 2 0 1 1 年 第3 0 卷 第4 期 物 联 网 技 术 Thina s of l n t e r n e t 电力远程抄表 中集 中器 的设计 李 明颖 柴玉华 ，王树 文 ( 黑龙江省东北农业大学工程学院， 黑龙江哈尔滨1 5 0 0 3 0 ) 摘要 ： 为 了适应现代的抄表方式和满足用 电管理的要求 ， 本文提 出了基于物联网技术和嵌入式AR M技术的集 中器。 本实验 采用AR M $ 3 C 6 4 1 0 K集 中器的控制系统 ， 电量采集部分采用S C1 1 2 8 为核心 的电力载波方式将用户 电量采集到集 中器的控 制系统 中。 上 行通讯采用G P RS 与 主站进行通讯。 可以为用户省去 昂贵的网络建设和维护费用 ， 在设备的运行过程 中 ， 也没有距离和地 区的 限制， 对于偏远的地区只要存在手机信号本设计的设备就可以稳定运行。 关键 词 ： $ 3 C 6 4 1 0 ； 集中器 ； G P R S； 抄表 系统 ； 物联网 中图分类号 ： TP 8 7 3 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 3 7 2 4 1 ( 2 0 1 1 ) 0 4 - 0 0 3 8 0 5 Th e De s i g n o f P o we r Re mo t e Me t e r Re a d i n g Co n c e n t r a t o r LI M i n g y i n g ， CHAI Yu - hu a ， W ANG S h u - we n ( E n g i n e e r i n g C o l l e g e No r t h e a s t Ag r i c u l t u r a l Un i v e r s i t y , Ha r b i n 1 5 0 0 3 0 Ch i n a ) Ab s t r a c t ：I n o r d e r t o a d a p t t h e mo d e r n me t e r r e a d i n g s y s t e m a n d t o s a t i f y t h e e l e c t r i c u s a g e ma n a g e m e n t r e q u e s t ， t h i s a r t i c l e p r o p o s e s a c o n c e n t r a t o r b a s e d o n t h i n g n e t wo r ki n g t e c h uo l o g y a n d t h e e mb e dd e d ARM t e c h n o l o g y Th i s e x p e r i me n t u s e s ARM$ 3 C6 41 0 a s c o n c e n t r a t o r S c o n t r o l s ys t e m，t h e e l e c t r i c q u a n t i t y g a t h e r i n g pa r t u s e s S C 1 1 2 8 a s t h e c o r e e l e c t r i c p o we r c a r r i e r wa y g a t h e r s t h e us e r e l e c t r i c q u a n t i t y i n c o n c e n t r a t o r S c o n t r o l s y s t e m Th e u p wa r d c o mmu n i c a t i o n u s e s GPRS a n d t h e m a s t e r s t a t i o n c a rri e r o n t h e c o mm u n i c a t i o n I t ma y o m i t t h e e x p e n s i v e c o n s t r u c t i o n a n d t h e ma i n t e n a n c e c o s t f o r t h e u s e r ， a n d n o d i s t a n c e a n d d i s t r i c t r e s t r i c t i o n i n e q u i p me n t S mo v e me n t p r o c e s s S o l o n g a s h a s h a n d s e t s i g na l ， t h e d e s i g n e d e q u i p m e n t ma y o p e r a t e s t e a d i l y Ke y wo r ds ： $ 3 C6 4 1 0 ； c o n c e n t r a t e r ； GP RS ；me t e r r e a d i n g s y s t e m； i n t e r n e t o f t hi n g s 1 引言 抄表的可靠性， 一直是受国家和人民关注的主要问 题。传统的人工抄表不仅耗费大量的人力物力 ， 对采集 上的数据也存在滞后性和很多的误差。采用集 中抄表 技术可以减少人工抄表带来的很多麻烦 ， 但是对于通讯 线路的稳定性一直是远程抄表存在的问题 ， 不但是要求 低失误 ， 也要求较高稳定性。集中器在抄表系统中起了 至关重要的作用 ， 从 7 0年代起 ， 人们对于集 中器的设计 大概分成有线和无线两大类 ， 组网方法有利用公用电话 网络和电报网络等。采用有线的网络对于偏远山区布 线的费用高， 维修困难 ， 而无线的传输方式对于信号质 基金 项 目： 本 文是 黑龙 江省级课 题 的一部 分 ( 编 号 L C 2 0 1 0 0 3) 收稿 日期： 2 0 1 1 0 1 2 6 量要求也很高； 采用公用电话网的费用很高， 而电报网络 虽然运营费用低廉但是前期需要投入。 1 ， 2 ， 3 ， 1 2 】 基于 此本设计设计了可以智能控制的集 中器 ， 通过 电力输电 线采集数据， 不会增加额外的布线费用， 采用 G P R S传输 稳定可靠 ， 与此同时本设计还将物联网技术引入到集 中 器 的设计当中， 不但可以方便 电力部门进行统一调度 ， 集 中管理 ， 还可以使用户对用电量信息实时掌握 ， 实现 电量透 明化 。 2 系统硬 件设计 2 1 系统设计 本 文所 设 计 的集 中器 是一 个 高 可 靠性 、 低 成 本 ， 低功耗的嵌入 式设备 ， 是 电力集 中抄表系统中的关键 设备 ， 能够采集各种仪表和智能终端的电量 ， 并将分析 物 联 网 技 术 Th i n gs o f I n t er ne t 自动化技术 与应 用2 0 l 1年第 3 0卷第 4期 出的结果通过传递给主站。它必须是能够工作在各种 复杂的环境中的， 具有多种物理通信方式的设备。所 以作者采用三星公司的 S 3 C 6 4 1 0作为集 中器的 C PU。 S 3 C 6 4 1 0是一款低功率 、高性价比、高性能的用于移 动 电话和 通用 处理 RS I C处理 器 。 同时本设 计考 虑到 用 $ 3 C 6 4 1 0可以为 2 5 G和 3 G通信服务提供了更加可 靠的硬件性能 ， 更加强大 的硬件处理器 。当本系统进 行抄表工作时 ， 载波模块接收信号 ， 并将将接收到的信 号传输至中央处理器 ， 中央处理器根据抄表系统的要 求经由G P RS模块传输的命令， 进行处理。并将处理结 果传输回载波模块。集 中器 内部系统硬件结构框 图如 图 1所示 。 载 A G 抄 波 R P 表 模 M R 网 块 处 S 络 理 模 系 图 1 集中器系统硬件结构图 2 2 电力载波模块 在我国的民用电网中用电器的复杂多样 ， 用电量动 态 多变 ， 因而我 国的 电网系统 噪声严 重 ， 对 载 波信号 所 呈现出的阻抗特性是动态的 ， 会使数据通信质量受到一 定程度的影响 ， 甚至会造成从集中器到表端设备通信的 持续性失败。所以在本设计中的低压载波通信采用的 是双向通讯 ， 以保证数据的完整性【 J 【 l 4 1 I 1 5 】 。 本设计的载波模块的载波芯片为 S C 1 1 2 8 ， 工作工作 过程为 ： 当载波芯片接收信号时， 信号由电力线经耦合 器 、带通滤波器和前级放大器进入 载波芯 片 S C l 1 2 8 。经 过通信芯 片解扩后传 送给微 处理器 ； 发送信号时 ， 数 据通 过 GP RS传输模块送入处理器 ， 再传送给S C l 1 2 8 芯片， 经过处理后通过功率放大器进行功率放大 ， 经耦合送入 电力线。完成电力线上的发送和接收。载波模块工作的 具 体原理 图如 图 2所示 。 图 2 载波模块工作原理图 图3 带通滤波 电路 本设计 中前级 的载波模块主要 由载波芯片 S C1 1 2 8 、 带通滤 波模 块 、前级放大模 块 、输 出功率放大模 块、 电 源电路和耦合电路组成。载波接受和发送模块如图 3 所 示； 带通滤波模块如图4所示 ； 和前级放大模块如 图5 所 示。图 2为耦合线圈将 电力线上接收的信号耦合到接 受通道 接收通道将 接收 的信号经 图 5 、图 3 ， 图 4 送人 SC 1 1 2 8的一级运算放大器处理 。图 3 为功率放大器输 出 ： 它将 S C1 1 2 8的发 出的调 相信号进行功率放 大 ， 经耦 合线圈送入电力线。图4为滤波 电路， 除去噪声。图 5 为前级放大电路； 接收通道包含三级运算放大器 ， 其中一 级运放的增益可调 】 【 1 1 1 引 。 图 4 收发功率放大 电路 图 5 前级放大电路 2 3 GP RS 模块 本文的通信网络选择 G P R S网络。选用的 G P RS 通 信 终端是 南 京沃 龙 电子 科技 有 限公 司设 计 的一款 G P R S 透明传输终端( G P RS D T U) ， 内置工业级G P RS 模 块 ， 支持 DD P 、D NS 、VI P S多种通讯模 式。G P R S网络 自 动 化技 术 与 应 用 2 0 1 1 年 第3 0 卷 第4 期 物 联 网 技 术 Thi n g s o f I n t er n e t 采用载波通信方式， 可靠 、稳定、通信质量高 ， 数据传 输速率设置为 9 6 0 0 B P s 。系统的上层利用 G P R S无线网 络通信， 无需新建基站 ， 充分利用现有网络资源 ， 抗干扰 性好。G P R S通信波特率也设置为9 6 0 0 B P s ， 资费为 0 0 1 元 KB， 使用包月包 年套餐更优 惠 ， 能够 大大 的降低抄 表的资金投入。本文在设计集 中器的过程中， 将物联网 技术引入到集中器的设计中。不但实现了其在远程抄 表 中的作用 ， 解决了目前抄表系统 中数据传输的问题 ， 更将 电力网中集中器连接起来 ， 通过互联网让调度更容 易的掌控集 中器的工作状态。 参考文献 ： 1 吕锦柏 电表集抄系统中集中器的设计与实现【 D 北京： 中国优秀硕士论文， 2 0 0 9 ： 1 8 - 2 2 ， 3 0 3 8 【 2 谢松 电表集抄系统中集中器的设计与实现 D 】 北京： 中 国优秀硕 士论文 ， 2 0 0 9 ： I 2 -1 7 3 】龚建 基于AR M的无线数据传输系统设计 D 北京： 中 国优秀硕 士论 文 ， 2 0 0 8 ： 2 1 - 2 4 【 4 】曾素琼 ， 张学成 基于8 9 C 2 0 5 1 与S T7 5 3 8 的低压电力线 载波通信模块设计 J 】 配网自动化， 2 0 0 8 ， ( 1 1 ) ： 1 - 2 【 5 】 刘晓胜， 胡永军 ， 张胜友 低压配电网电力线载波通信与 新技术 J 电气应用， 2 0 0 6 ， ( 2 ) ： 1 - 2 6 】6 周立功 AR M嵌入式系统试验教程( 一) M 北京： 北京 航空航天大学 出版社 ， 2 0 0 4 【 7 】周立功 ARM嵌入式系统试验教程( 二) M 北京： 北京 航空航天大学出版社， 2 0 0 6 8 】 R C H E NUNI N GE， L J GAL E AND J B 0 NE AL， S 一 h a l Pr o P a g a t i o n o n S i ng l e P ha s e p o we r Di s t r i b u t i o n Li n e s a t P o we r L i n e C a r r i e r F r e q u e n e i e s J 】 I E E E Tr a n s P o we r D e l i v e r y， Vo 1 P WR D- 2 ， 1 9 8 7 ， ( 1 ) ： 1 -2 【 9 】R M V I NE S， H J TRUS S E L L， K 5 S HUE YAND J B O Ne a 1 I m Pe d a nc e o f t h e Re s i d e n t i a l P o we r -Di s t r i b u t i o n C i r c u i t J 1 I E E E Tr a n s E l e c t r o ma g n C o rn P a t E MC - 2 7 ， 1 9 8 5 ， ( 1 ) ： 3 - 4 【 1 0 刘光耀 自动抄表系统应用意义及解决方案 M 北京： 中国住宅设施 ， 2 0 0 7 ， ( 1 1 ) ： 3 【 1 l 】刘建， 倪建立， 邓永辉 配电白动化系统【 M 北京： 中国 水利水 电出版社 ， 2 0 0 3 1 2 潘丽珍 电力线载波通信技术在远程抄表系统集中器 中的应用研究 D】 太原理大学， 2 0 0 5 ： 2 7 - 2 9 【 l 3 周鹏 浅谈 自动抄表系统【 J 】 塔里木 ： 塔里木农垦大学 学报， 2 0 0 3 ， ( 2 ) ： I - 2 1 4 】毓山 电子式电能表与抄表系统【 M】 北京： 中国水利水 电出版社 ， 2 0 0 5 1 5 】王林， 杨继勋 电能量采集及计费自动化系统设计【 D 】 电力系统自动化， 2 0 0 3 ， 2 4 ( 7 ) ： 1 - 2 作者简介： 李明颖( 1 9 8 7 一 ) ， 女， 硕士， 研究方向：自动化。 ( 上接第 3 2页) 模型具有其合理性与可行性 ， 能有效地支持移动点的 索引结构， 解决了轨迹建模的不确定性问题 ， 能得到 比 以往更精确的预测范 围。按照移动点轨迹最后时刻运 动方向 ， 结合速度的大小做 出预测 ， 从而提高轨迹查询 的 准确 性 。 参考文献 ： 【 l 】郝忠孝 时间数据库查询与推理【 M】 北京： 科学出版社， 2 0 1 0 2 孟小峰 ， 周龙骧， 王珊 数据库技术发展趋势 J 软件学 报， 2 0 0 4 ， 1 5 ( 1 2 ) ： 1 8 3 1 -1 8 3 2 3 】WO L F S ON O， S I S T L A A P ， CHA MB E RL AI N S ， e t a 1 Up d a t i n g a nd Qu e r yi n g Da t a b a s e s Tha t Tr a c k Mo b i l e Un i t s I J D i s t r i b u t e d a n d P a r a l l e l D a tab a s e s， 1 9 9 9 ， 7 ( 3 ) ： 2 5 7 - 3 8 7 【 4 】T RAJ C E VS KI G， O WO L F S ON， HI NRI C HS K， e t a 1 Ma n a g ing Un c e r t a iny t i n Mo v i n g O b j e c t s D a tab a ses J AC M T r a n s o n D a b a se S y s t 2 0 0 4 ， 2 9 ( 3 ) ： 4 6 3 - 5 0 7 【 5 】E RWI G M ， G t i t ing R H，S C HNE I DE R M， e t e 1 S pa t i o -t e mp o r a l Da t a Typ e s ： An Ap p r o a c h t o Mo d e l i n g a n d Q u e r y i n g Mo v i n g O b j e c t s in Da t a b a s e s J 】 G eol n f o r ma t i c a ， l 9 9 9 ， 3 ( 3 ) ： 2 6 5 -2 9 1 【 6 何云斌 ， 樊守德， 郝忠孝 基于MOS T 模型的移动对象全 轨迹建模 计算机工程 ， 2 0 0 8 ， 3 4 ( 1 6 ) ： 4 1 - 4 3 7 】何云斌， 樊守德， 郝忠孝 移动对象轨迹更新体系 J 】 计 算机工程与应用， 2 0 0 8 ， 4 4 ( 2 7 ) ： 1 7 3 -1 7 7 【 8 】ANT0NI O P AE Z An i s o t r o p i c v a r i a n c e f u n c t i o n s in g e o g r a p h i c a l l y we i g h t e d r e g r e s s i o n mo d e l s J 】 G eog r a p hic a l An a l y s i s ， 2 0 0 4 ， 3 ( 4 0 ) ： 2 9 9 - 3 1 4 【 9 J E N S E N C S， L I N D， 0 OI B C Q u e r y a n d Up d a t e E f f i c i e n t B+ t r e e B a s e d I n d e x i n g o f Mo v i n g Ob j e c t s C 】 To r o n t o C a n a d a I n Pr o c eed i n g s o f t h e 3 0 t h I n t e m a t i o na l Co n f e r e n c e o n Ve r y La r g e Da t a b a s e s ， 2 0 0 4： 7 6 8 -7 7 9 【 1 O ME NG X F ， C HE N J D ind e x i n g F u t u r e T r a j ect o v i e s o l Mo v i n g O b j e c t s i n a c o n s t r a i n e d Ne t wo r J J o u r n a l o f C o mp u t e r S c i e n c e a n d T ech n o l o g y， 2 0 0 7 ， 2 2 ( 2 ) ： 2 4 5 - 2 5 1 作者简介： 王帅( 1 9 8 5 一 ) ， 女， 硕士研究生， 研究方向： 空间数 据 库 。