電子載波抄表系統集中器的硬件設計

劉洋+余飛+李逸聰

【摘要】電子載波通信是以高壓電力線作為通信媒介進行數據傳輸的一種通信方式，它對現代抄表管理起到了非常重要的作用。在抄表系統設計中，利用電子載波通信從低壓電力線上獲得數據和電源信息，進而通過分組無線業務和調制解調器實現通信通道的遠程控制，實現自動抄表，這樣一來，不僅給居民提供了很大的便利，同時也節約了大量的人力、物力和財力。本文主要是在分析電力載波抄表系統架構的基礎上，對集中器的硬件設計進行了闡釋。

【關鍵詞】電子載波 抄表系統 集中器 硬件設計

一、電力載波抄表系統的主要架構

通常情況下，自動抄表系統主要是由三個部分組成：主站、集中器和電能表。第一，主站作為控制的核心，對操作的各種指令進行下達。它主要是以指定協議的形式發送各種操作指令，從而實現系統對電表的各種操作。自動抄表系統的主站能夠掛載不同的集中器，實現分布式電能表系統的統一管理。第二，集中器是主要是對主站和電能表進行溝通，也是整個系統設計的中心環節。它對主站下發的指令進行有效處理，然后對數據進行執行或轉發。根據的主站的請求做出各種操作的決定。通常，由于集中器轄區的電能表的數量較多，處理的數據比較大，集中器在硬件的設計必須能夠確保系統的可靠性和安全性，確保系統的有序運行。第三，電能表是電子載波抄表系統的執行終端，主要是對用戶的相關信息進行處理，主要包括當前電能表的表底數據、繼電器的運行狀態以及電能的余量等，這些都是系統數據的主要來源。在整個通信過程中，近區電能表可能成為遠程電能表的中繼站，從而過程電能運行的穩定性。

二、電子載波抄表系統集中器的硬件設計

集中器是集中下屬的數據采集器的數據，并發給中心服務器，集中器有兩個通信對象，面對不同對象時，需要采取不同的通信方式，在于數據采集器通信時，使用電力線載波通信，并通過電話線與中心服務器實現通信。集中器的信息存儲和處理量較大，我們需采用處理速率較高的處理器并進行存儲器的擴展。集中器是安裝在小區供電變壓器低壓側，作為載波抄表系統的中心環節，是整個系統的核心，是連接機與用戶電表之間的樞紐。

（一）集中器的功能及技術指標

設計任何一個產品之前明確它的功能和技術指標是非常必要的。集中器作為電力線載波抄表的一部分，起著上傳下達的作用。集中器的主要功能有：抄收功能。根據設置的抄收方式采集抄收電表的數據。集中器可根據上位機下載的定時抄表，在每月一次按時啟動月凍結抄表；具有實時抄表和對某些特定表進行抄表的功能。設置功能可通過上位機對集中器進行設置，包括抄表時間設置、固定中繼設置等。通信功能集中器接收上位機下載數據，包括電表數量、表號、抄表參數以及中繼管理需要的信息，可根據設置抄收載波電表的數據。 數據處理數據處理包括數據的存儲、凍結等。校時功能集中器可通過上位機進行系統校時，調整時間誤差。

（二）集中器的結構框圖

集中器本身是由主控單元、數據庫存儲單元、時鐘單元、載波通信單元、數據傳送通信單元等部分組成。集中器既要做上位機的從機，又是載波電表的主機，其軟、硬件的設計要求從根本上保證系統可靠、穩定。主控器是集中器的核心，數據的采集、處理與傳送都是在主控器的控制下進行的，外部擴展數據存儲模塊和時鐘模塊。數據存儲器主要用于存儲參數、變量、集中器自身的參數、所負責電表的參數以及電表電量等；實時時鐘為集中器定時抄表提供時間標準；上行通道即集中器與上位機之間的通信線路，采用公用電話網絡作為通信介質，上位機與集中器進行通信時要設置集中器連線所連接的電話號碼；下行通道即集中器與載波電表之間的通信，采用以SSC P300為核心的電力載波方式進行抄表通信。

（三）集中器主控器的設計

在集中器的設計中，單片機既要與上位機通信，又要和電話網進行通信，所以需要兩個串口。本文采用W77E58作為主控制器，在它的控制下進行數據的傳送與接收。在它內部20kB的程序存儲器，而且擴展能力強，完全能滿足系統的要求。W77E58是一個快速8051 兼容微控制器；它的內核經過重新設計，提高了時鐘速度和存儲器訪問周期速度。經過這種改進以后，在相同的時鐘頻率下，它的指令執行速度比標準8051 要快許多。一般說，按照指令的類型，W77E58的指令執行速度是標準8051的1.5-3倍。整體來看，W77E58的速度比標準的8051快2.5倍。在相同的吞吐量及低頻時鐘情況下，電源消耗也降低。由于采用全靜態CMOS設計，W77E58能夠在低時鐘頻率下運行。W77E58內含32KB Flash EPROM，工作電壓為4.5V-5.5V，具有1KB片上外部數據存儲器，當用戶應用時使用片上SRAM代替外部SRAM，可節省更多I/O口。

三、結論

隨著社會經濟與科學技術的發展，對電能的消耗已成為供電企業和廣大用戶共同關注的重要話題，同時需要從節能降耗和科學合理抄表統計角度對抄表系統及其它供電設備進行深入研究，采用電力線載波抄表系統通過對數據的科學分析和準確判斷，實時了解電力用戶的客觀真實信息，制定科學而系統的抄表系統，有利于促進電力企業和諧發展。

參考文獻：

[1]閻浩，葉崧.遠程抄表系統中集中器軟件的模塊化設計與實現[J].現代電子技術，2011，（04）

[2]李明穎，柴玉華，王樹文.電力遠程抄表中集中器的設計[J].自動化技術與應用，2011，（04）

[3]陳可，胡曉光.基于電力線寬帶載波集中器設計與中繼算法[J].電力自動化設備，2011，（09）.

[4]蔣康保.低壓電力線載波自動抄表集中器的設計[J].機電工程技術，2010，（04）.

[5]朱仕亮，何克右.基于嵌入式Linux的遠程抄表系統集中器的實現[J].計算機系統應用，2010，（07）.

[6]于文洪，于巍，王超，任捷，雷光.基于電力線載波技術的智能化抄表軟件研究[J].農業科技與裝備，2010，（08）.

[7]劉友旗.智能電力抄表系統集中器的設計與實現[J].貴州大學學報（自然科學版），2010，（06）.