电表自动抄收系统的设计[传感与控制]

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电表自动抄收系统的设计

发布时间:2006年5月20日点击次数:420

来源:电子产品世界作者:郑州解放军信息工程大学通信工程系陈露晨成都总参第57研究所温林

实用的电表自动抄收系统应满足下列要求：抄收数据准确、造价低（最好利用原有电表）、安装方便、通信线路遍及居民用户、通信速度快。

我们研制的电表自动抄收系统能实现一个城市、一栋楼宇或一个单位内各个电力用户用电量的自动采集、记录、传送、记费等功能,使得在供电局抄表中心便能查询用电情况、自动抄收用户电表数、计算电费、催缴等。该系统无需更换电表,仅需对现有电表进行简单改造,引出两条线至用户电表箱内的超小型抄表仪,该抄表仪能自动读取多个用户电表的度数,然后充分利用已遍及居民用户的电力线进行数据传输,使得供电局抄表中心PC机和众多用户电表数据采集终端（抄表仪）联网,从而达到自动抄收电表的目的。

系统结构

1．通信子网的设计
通常通信子网可采用无线网、架设专线、电话网、电力线网等形式,但只有电话网和电力线网满足本系统所要求的通信线路遍及居民用户、安装方便、通信速度快、造价低的特点,其中尤以220V供电线构成的电力线网优点突出。但是,电力线网在同一个变压器台区内组网简单,跨变压器台区传输数据则较复杂。因此,本通信子网采用两级网络形式。即变压器台区内采用电力线网,变压器台区之间采用电话网,在每个变压器台区内设置一电力集中器,用于数据的存储转发。

2．系统组成
如图1所示,电表自动抄收系统主要由电力线网、电话网、电力集中器、抄表仪、PC机组成。其中每一抄表仪最多可完成8个电表的数据采集及传送。抄表仪的数目没有限制,用户数可无限扩充。

本系统的工作过程如下：设于用户电表箱内的抄表仪将自动读取各用户电表的度数,通过电力线网传送到所在变压器台区的电力集中器完成本变压器台区内电表数据的存储转发.,再通过电话网传送至供电局抄表中心的PC机进行处理,完成对所抄收电表数据的数据库管理,实现对用户用电情况的汇总、统计、存储、打印和计费等。

系统软硬件设计

电表自动抄收系统涉及面较广,有对现场数据的实时采集,有大量数据的存储转发,有抄表中心的数据库管理,有电力线网及电话网的数据传输。下面介绍较有代表性的抄表仪、电力线通信网、抄表中心计算机的软硬件设计。

1．抄表仪的硬件设计
本抄表仪的核心器件为性能价格比高的8031单片机, 电路组成框图如下：

数据采集电路完成对电表转盘转过圈数的采集,由此推算电表用户的耗电。该电路应满足下列要求：不能对现有电表改造过多,和电表连线应尽可能短。

我们设计成该数据采集电路放置在电表内和电表直接相连,故要求体积非常小,这些要求增加了数据采集电路设计的难度。如图3所示,本数据采集电路巧妙地利用光反射及光电转换原理,使电表每转过一圈便产生一脉冲信号输入至单片机的P1口,由单片机测得该脉冲数,从而推算出其用电量。

2．.电力线网的设计
根据对电力线特性的分析及实验得知：在相同负载下,适当加大载波信号电压,可加大传输距离;其它电设备所产生的干扰大多数是低频调幅性干扰;在一定范围内随着载波频率的降低,其用电设备对载波信号的衰减量也随之减小。

因而,电力MODEM其调制方式宜采用抗脉冲干扰强的调频方式,载波频率选择小于200KHz,并用较强的信号传输。根据此原则,我们选择ST7537家庭自动化MODEM,其调制方式为FSK频移键控,载波频率为132.45KHz,与CENCLECEN 50065-1和FCC标准兼容。

我们所设计的ST7537 Modem与220V电力线的接口电路简单实用,传输可靠、性能价格比高,其电路如图4所示。

3．抄表中心PC机软件设计
抄表中心计算机其运行环境要求比较宽,选用各种档次的PC机均可。该部门完成对电表数据的数据库管理,包括计算电费,存储用户用电情况,显示、打印用电曲线。我们选用的DBMS为对运行环境要求较低的FOXPro数据库管理系统。

结束语
本电表自动抄收系统具有结构灵活、成本低廉、易于扩充、易于实现的特点。若所抄收的电表用户都在一个变压器台区内,（例如一栋楼宇,一个工厂内）,则组网非常简单,通信子网仅需电力线网即可。本系统还可和银行联网,实现电费的自动交纳功能。另外,对该系统稍加改造便可用于对煤气表,水表等其它家用数据的自动抄收。总之,该系统的应用范围非常广泛,由此带来的经济效益及社会效益都将非常可观。

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