遠程抄表技術與智能電度表的研究

摘 要：簡單介紹了遠程抄表機監控系統和智能電度表的結構和基本原理。

關鍵詞：遠程監控;路由器;智能

采用中央計算機對智能電度表進行遠程監控——即對用戶進行遠程供電、停電、抄表、計費等工作，既準確、可靠、安全，又具有節省人力等優點。目前很多國家和地區正在開展這項課題的研究，一些地區已取得初步經驗和效果。

圖1是遠程抄表機監控系統的原理框圖。它主要由以計算機為核心的系統管理中心、路由器和智能電度表共同組成。

中央計算機：選用可編程、運算速度快、具有大容量硬盤、顯示器、鍵盤和打印機的計算機系統，并且事先編制了可供操作人員執行的、具有尋址、讀數、計費、制表、仃電自保等功能的“專用軟件”。

路由器：由圖1知：路由器是中央計算機和智能電度表的“橋梁”。它是本系統一個專用的設備，類似“MODEN”，擔負著“通訊”的任務。在本系統中共設置了3種路由器：主路由器、并路由器和從路由器。它們的原理、結構和功能基本上是相同的。圖1左下角的虛框所示是從路由器的原理框圖。與從路由器不同的是：主路由器、并路由器內的擴展口CD4067控制的繼電器的“閘刀開關”則直接連接至下一級路由器。這樣擴展口CD4067控制繼電器“得電”工作時，主路由器則接通與繼電器同一編碼的并路由器，而并路由器則接通與繼電器同一編碼的從路由器。即系統連接時，都是按照圖1所示連接它們的。這樣，一個系統管理中心管理著16個（編號為0～15）主路由器；每個主路由器下接16個（編號為0～15）并路由器；每個并路由器又下接16個（編號為0～15）從路由器；每個從路由器下接16個（編號為0～15）智能電度表。如此，每一個主路由器為一分支。每一分支共用了263個路由器，可檢測65536戶智能電度表（用戶）。16個主路由器分支，即一個遠程抄表機系統用了4208個路由器，可檢測1048576戶智能電度表（用戶）。正因為它們在系統中的連接方式不同，所以，它們執行具體的程序流程也不是完全相同的。

地址分配：操作人員在給用戶“建帳”時，為了既便于記憶、又方便從鍵盤上輸入計算機，用戶代碼采用了十六進制代碼。用戶代碼輸入計算機后，再將它們轉換為4字節ASCII代碼，然后再轉換為四字節二進制代碼，并存放在遠程抄表機系統中計算機大容量的硬盤存貯器內。這個“代碼”既是用戶的“帳號”， 也是計算機尋訪用戶、讀取用戶用電數據的“地址”。而各路由器的地址代碼，則根據為用戶建帳時的設定值，在現場使用撥碼開關作相同的設定，以便遠程抄表機系統對各路由器尋址。

這樣，遠程抄表機系統的基本工作原理可簡述如下：

尋址：在需要對用戶進行抄表時，遠程抄表機系統計算機先向系統內各路由器發出尋址代碼命令。尋址代碼能有效地尋訪各級路由器。

尋址程序流程圖如圖2所示，它是由中央計算機、主路由器、并路由器、從路由器依次、分別執行的。

讀數（抄表）：抄表時， 系統采用了下級設備向上級設備申請中斷方式，由上級設備讀取下級設備數據的技術來實現的。當遠程抄表系統計算機向系統內各路由器發出抄表命令后，抄表命令經第3分支主路由器、第10號并路由器，到達第15號從路由器后，在第15號從路由器內的單片機控制CM4089將抄表命令發送信號給第9號智能電度表。于是該電度表的單片機便向上級從路由器的單片機申請中斷，由從路由器單片機執行中斷服務程序，讀取電度表存放在AT89C51片內數據存貯區內或EEPROM中的電度數值，并將它存貯到從路由器中AT89C51片內數據存貯區內；當從路由器單片機執行完中斷服務程序后，它再向上級的并路由器的單片機申請中斷，于是上級并路由器的單片機執行中斷服務程序，讀取存放在下級從路由器中AT89C51片內數據存貯區內的電度數值，并將它存貯到并路由器中AT89C51片內數據存貯區內……。這樣，存放在被尋址選中的電度表中的AT89C51片內數據存貯區內或EEPROM中的電度數值，便被逐級向上傳送，最后存入中央計算機指定的數據緩沖區，再寫入操作人員在建帳時給用戶指定帳號的數據區中。一般每個用戶帳號保存著當月之前12個月的用電數據，以便操作人員計費、制表時調用和用戶查詢。

智能電度表是由電能計量器、光電隔離器、數據接收、發送器、EEPROM存貯器、時鐘和7位數碼顯示器等組成。

其中電能變換計量器是智能電度表關鍵部件之一，采用我國檢測電量常用芯片BL0932和外接采樣用戶電壓、電流變換器技術而實現記錄用戶用電數據的。如圖4左邊的虛框所示。專用芯片BL0932是由乘法器、電壓頻率變換器(V-F)和脈沖計數器組成的。

智能電度表的基本工作原理簡述如下。

根據有功電能的計算方法：

電流信號i：電流信號是從串接于用戶電流回路上的一段優質（溫度性能好、電阻率為0.44～0.5Ωmm2/m）的一級精密錳銅合金獲取的。

電壓信號u：電壓信號是直接從跨接在相線和零線之間的精密電阻分壓器上獲取的，u≈0.63 V。

這樣， 電壓信號u（t）和電流信號i(t) 輸入到BL0932的乘法器中進行相乘， 在△（t）時間內得到一個正比于電能的電壓信號E， 此電壓信號E經V-F變換器變換后， 輸出一個正比于電能的脈沖信號。脈沖信號經脈沖計數器計數后，再經光電隔離器送入單片機AT89C51并由單片機將BL0932送出的脈沖信號轉換為的電度數，并計算其功率。

若脈沖信號在△(t)時間內的汁數值為N， 則在△(t)時間內的平均功率為：

P=NΔ(t)(2)

然后單片機AT89C51將上述計算的電度數據存入24C04內，它是一種具有低電壓、用施密特觸發、高可靠、可擦寫百萬次的、數據可保存100年的、采用串行兩總線進行讀寫的、字位存貯容量為512×8（4K）等性能的EEPROM 存貯器。

電度表的主程序是根據它的主要工作情況來設計的，根據上述分析可知：它就是一個定點4字節求和程序。設存放在EEPROM中第K～K+3單元的電度數值為加數；單片讀取電能計量器輸出的脈沖信號并轉化為電度數值后、暫存在單片機片內數據區中50H～53H的、當前用電數據為被加數。程序中以DPL為計數器指針，R0存放求和數據，R1作被加數地址指針，R2作加數地址指針。則電度表的主程序流程圖如圖4所示。

值得指出的是：本系統的路由器和電度表在選用單片微機時，都采用AT89C51型號單片機。這樣做主要考慮到MCS-51系列單片機具有下述特點：一、AT89C51片內有4K Flash存貯器可作程序空間。二、MCS-51系列單片機片內有位尋址和字節尋址內部數據存貯器，可作特征標志位和存放待寫、讀的電度數據用。三、80C51單片機具有節電運行方式和掉電保護方式，這對本系統內路由器和電度表的工作和運行具有極其重要意義，節電運行方式可使處在非訪問、讀數期間節省電能；而掉電保護方式，則使遇到電網突然仃止供電的路由器和電度表能及時保存重要數據，以利于電網恢復供電時，系統能正常地繼續工作。

同時，必需指出的是：盡管采用計算機遠程監控用戶電度表的優點很多，但是由于系統較復雜、涉及面較廣， 目前要推廣使用本研究系統， 需要各方協調、共同努力才能快速實施。

參考文獻

［1］趙保經等.中國集成電路大全［M］.北京：國防工業出版社，1986.

［2］童本敏等.標淮集成電路數據手冊 TTL電路［M］.北京：電子工業出版社，1991.

［3］孫育才.MCS-51，列單片微型計算機及其應用［M］.上海：東南大學出版社，2000.