電表無線采集系統設計

李鑫（太原供電公司，山西太原 030012）

電表無線采集系統設計

李鑫
（太原供電公司，山西太原 030012）

現階段我國大部分地區的電能表主要是依靠傳統的人工抄表以及收費的運營方式，不僅僅需要大量的抄表人員，還可能因為人員讀表存在著的誤差以及遺漏等，帶來了糾紛以及欠費等問題。在本文當中，主要是針對了電表無線采集系統的設計做出了全面的分析研究，并且在這個基礎之上提出了下文當中的一些內容，希望能夠給與同行業人員提供一定價值的參考。

電表 無線采集 系統設計 分析

根據我國電力行業的多功能電能表通過協議的標準，越來越多具備著數字電氣接口的新型電能表逐漸被應用。本文當中針對RS485電氣接口的數字電表，進而設計出了一種采用單片機以及無線數傳模塊的電表無線采集系統，能夠實現一定距離的無線遠程抄表，并且對掛接在同一組的RS485總線上的多臺表進行實施數據的讀取，本設計用極低的投入能夠節約大量的人力和物力，全面的提高抄表的效率。

1 關于電表采集器的分析

無線代表采集控制接收電子式電表的用電產生輸出的脈沖，進而記錄了電表用電實際情況采集電量數據信息，通過無線通信將數據上傳到集中器當中，或者是無線手持終端，同時集中器或者是無線手持終端也能夠通過無線通信的方式設置電表采集監控器的參數。在存在著非法開啟電表箱的時候，電表采采集監控器將會通過無線上報集中器，并且在電表采及監控器備份記錄，電表采及監控器能夠實現預付費的功能，通過無線設置開啟預付費功能之后，用戶購買電后通過無線網絡自動將用戶購買電金額下傳導電表采集監控器，實現預付費的重置功能，無需使用預付費卡，當用戶的預存金額為零的時候，電表采集監控器會自動切割該用戶的供電電路。實現功能電表電費數據采集電表監控器通過采集脈沖信號來記錄用戶的電費使用情況，并且自動化記錄保存數據，最后能夠同時監控2、4、8以及16路用戶的電表信息。控制用點根據用戶的信息，電費預交以及剩余電費情況等，電表監控器通過磁保持繼電器來控制用戶用電的通判。數據無線傳輸電表監控器定時通過無線網絡以及集中網絡實現數據的交換。非法開箱記錄電表監控器通過采集電表箱們的開關信號，能夠測知是否有開箱董總的發生，立即上傳到集中器繼而上傳到檢測中心并且進行記錄。

2 系統的總體設計分析

電表無線采集系統設計的方案主要是如下圖1所示。系統的控制器主要是為MC9S08AC16單機片，具有著最大20KHz的內部總線頻率，運算的速度能夠滿足采集系統的需要，多大16KB的在線可編程FLASH以及1KB的片上RAM。片上具有著兩個異步通用串口以及一個串行外設接口SPI。

電表的無線采集系統的單片機主要是通過串口連接半工無線數據傳模塊，在同一時刻僅僅只是能夠進行單項數據的發送或者是數據接收動作。單片及則是通過串口連接RS485收發器，一臺或者是多臺電表主要是掛在了RS485總線上，并且根據地址來進行區分，單片及能夠對RS485總線上的電表數據做出實時的讀取，之后將數據通過無線模塊進行傳輸出去，單片機通過串行外界設備擴展SD存儲器，將其應用在數據存儲。

電表數據的匯聚中心，計算機主要是通過USB接口連接無線數據傳模塊，并且該傳模塊則是通過和電表無線采集系統的無線數據模塊進行遠距離的無線通信，接受來自采集系統的電表數據，或者是發出一些控制的指令，從而能夠更好的實現遠程的無線抄表。抄表人員僅僅只是需要在數據匯集中心計算機面前便可以能夠完成無線模塊覆蓋范圍之內的電表數據抄取。

3 關于無線采集系統以及電表的接口設計分析

多功能電表主要是通過RS485接口以及微控制器進行連接，如上圖2所示，本設計的選用接口芯片主要是為美國公司所研發的MAX485芯片。MC9S08AC16單片機串口的接受以及發送引腳分別為MAX485芯片的RO以及DI的引腳相互連接，單片及的IO口以及MAX485的DE以及RE引腳進行相互連接，用于能夠實現RS485收發方向的控制，然而RS485工作在板雙工作方式。

4 關于無線數據的模塊分析

主要是采用半雙供的多通道微功率嵌入式的無線數據模塊，嵌入了高速單片機以及高性能的射頻芯片當中，是具有著一千米的傳輸距離，并且采用了高效循環交織糾錯碼，在較為復雜的無線信道環境當中能夠具有著十分強的抗干擾能力。收發頻率的工作在于240MHz一直到960MHz，其中最大的空中速率為38400bps。

圖1 電表的無線采集系統結構圖

圖2 RS485接口分析

表1 數據幀的分析

無線數傳模塊提供了標準的串口以及單片機進行相互連接，也可以通過USB磚串口設備以及電表數據匯聚中心的計算機進行相互的連接。無線數據傳模塊能夠進行半雙工組網，進行點對點或者是一點對多點的通信，當工作在一點對多點的過程中，其中一個站點主要是為主站，其余的則是為從站，不同的站點主要是通過位移的地址來進行區分。主站進行整個網絡通信協調的控制工作，站點之間發送帶具有著地址碼的數據幀，所有處于接受狀態的站點全部都能夠接收數據進行分析，要是接收的數據地址碼和本站的地址碼相同，那么該數據則是為有效數據，要是地址碼存在著不同，那么則是為無效數據，直接丟棄或者是不對其進行處理。為了能夠更好的保證半雙工通信能夠有效的進行，接受發送數據的雙方應該要有效的協調握手信號，對于正確接受到的有效數據發出接受確認的信號，從而能夠保證不會有數據存在著意外的丟失。

5 關于電表的通信協議分析

電表無線采集系統以及電表之間的通信協議主要是采用多功能電能表通信協議，規定了電能表的費率裝置以及數據終端設備進行數據進行交換的過程中物理連接以及協議，可工作在點對點或者是一主多從的數據交換方式。協議主要是為從結構的半工雙工通信的方式。數據采集系統作為主站，電表則是為從站。每一個電表均分配不同的地質編碼，通信鏈路的建立以及解除全部都是由主站發出的信心幀來進行控制。每幀由幀起始符、從站地址域、控制碼、數據的長度、數據域以及幀信息縱向效驗碼以及結束符等七個內容所組成，每一個部分則是由若干字節所組成，如下表1所表示。

6 結語

本設計的電表無線采集系統的結構簡單，成本比較低。在進行點對點無線采集的過程中，可以對掛接在同一組RS485總線的所有電表實時抄取數據，也可以利用系統上無線數據模塊來進行中繼，延長無線傳輸的距離，那么電表數據匯聚中心完全設置在遠離電表的地方，在電表數據匯集中心計算機應用軟件的配合之下能夠實現無人抄表、遠程抄表以及定時抄表。針對于這個系統來說，不僅僅能夠全面的降低人力或者是成本，消除了人工的誤差，也將會帶來電力運營以及管理的新方式。

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