一, 設計背景 1.遠程自動抄表簡介: 遠程自動抄表系統(tǒng)就是一種可以自動采集和記錄電力系統(tǒng)客戶負荷的用電情況,并且通過一定的通信方式,自動將記錄的數據和客戶信息通過信道傳回電力用電管理中心,并由系統(tǒng)進行數據處理,自動完成電力系統(tǒng)用電客戶的電能量計費和管理功能的系統(tǒng). 2. 低壓電力線載波通信: 低壓電力線載波通信以低壓電力線為通信媒介,用戶終端的用電數據與集中器之間的通信通過電力線載波技術來完成. 3.基于電力線載波通信遠程自動抄表系統(tǒng)組成: 系統(tǒng)主要由采集用戶電能表電能量信息的采集終端,集中器,信道和主站等設備組成.集中器安裝于輸電變壓器附近,用來抄收采集終端采集普通電能表的數據,利用撥號,Internet 等多種信道送到抄表中心,并將抄表中心的命令傳輸到采集終端. 4. 低壓電力線載波的遠程抄表的優(yōu)點: 利用現有的電力線作為通信介質,進行遠程抄表和實時監(jiān)控是一種高新技術,它的研究成功不僅可以替代人工日常抄表工作,提高工作效率,減小人為差錯,加強用戶管理,而且能夠實現遠程監(jiān)控管理工作的全面自動化,是電力部門實現遠程自動抄表的發(fā)展趨勢,具有廣闊的應用前景,以其低廉的成本成為市場的首選技術.而且通信技術,計算機技術和智能控制的發(fā)展,為電力線載波抄表創(chuàng)造了條件. 5.低壓電力線載波的遠程抄表系統(tǒng)實現的技術難點: 低壓電力線載波通信的通信距離和通信質量是系統(tǒng)的實現的難點.影響電力線載波傳輸質量的主要因素有:電力網絡的阻抗特性,衰減特性及噪聲的干擾.前兩者制約信號的傳輸距離,后者決定數據傳輸的質量.這是由電壓電力線本身的傳輸特性決定的. （1） 線路的干擾和衰減很大.低壓電力線路上隨機接入很多的用電設備,部分會產生很大的干擾.如開關電源,變頻設備等.部分可能對載波信號的衰減很大. （2） 線路的阻抗隨時間變化.由于低壓電力線上的用電設備接入有很大的隨機性, 而每個用電設備在線路上都是衰減源,從而使得線路上的阻抗呈動態(tài)變化,這使得線路上的設備之間傳輸數據時阻抗無法與線路匹配,造成信號反射和注入線路信號減弱,直接影響傳輸的質量. （3） 傳輸的質量隨時間變化,由于干擾,衰減和線路阻抗是動態(tài)變化的,所以不同時段的傳輸質量有很大的差異. （4） 點對點的傳輸存在不確定性.就低壓電力線路上的兩個設備而言,其傳輸的成功與否是隨時間變化的,在用電低谷調制的信號可以被傳輸的很遠,兩個設備可以直接通訊,而在用電高峰調制信號很快被衰減,并受到很強的干擾,兩個設備可能不能直接 通訊. 二, 設計目標 1. 實現集中器的基本功能 集中器的基本功能如下: a） 抄收功能,抄收采集終端采集的用戶用電數據. b） 設置功能,包括抄表時間設置,固定中繼設置. c） 通信功能,集中器接收上位機下載數據. d） 數據處理,包括數據的存儲,凍結. e） 校時功能,可通過上位機進行系統(tǒng)校時,調整時間誤差. f） 中繼功能,增加傳輸距離. 2. 引進實時操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ,增強系統(tǒng)的實時性,可維護性和可擴展性. 一般的嵌入式軟件系統(tǒng)的設計都是采用前后臺式的設計方法,前臺程序是實時中斷程序,用來處理異步事件.后臺程序是一個無限的循環(huán),循環(huán)中調用相應的函數完成相應的操作.系統(tǒng)在處理信息及時性上,比實際上可以做到的要差;當系統(tǒng)任務多時,要實現多個任務實時操作的傳統(tǒng)方法是采用多級嵌套來實現多個任務并行處理,增加了軟件的編寫難度,降低了軟件系統(tǒng)的可靠性;各任務之間信息交換困難.前后臺設計方法一般采用全局變量的方法來解決統(tǒng)訊問題,情況復雜時容易出錯,如果調用不當就會發(fā) 生死鎖. 3. 采用嵌入式Internet技術,通過網絡接口實現集中器和主站的通信. 隨著網絡技術的發(fā)展,Internet 技術成為信息交換的重要途徑.在系統(tǒng)中實現網絡接口,為用戶提供更友好的操作界面. 4. 實現一種自動中繼算法,彌補固定中繼算法的不足. 傳統(tǒng)的解決電力線通信距離的方法是采用固定的中繼算法.固定中繼算法對于系統(tǒng)的擴展和系統(tǒng)的維護都有很大的缺陷.我們擬實現一種自動中繼的算法,當電力通信不能可靠完成時,系統(tǒng)自動完成數據的中繼,從而增加系統(tǒng)的一次抄表成功率. 三, 設計框圖 集中器本身由主控單元,數據存儲單元,時鐘單元,載波通信單元,數據傳送通信 單元等部分組成. 主控單元采用STR912FW44ARM芯片,主要完成整個系統(tǒng)的監(jiān)控,與上位機采集終端通信,數據存儲,系統(tǒng)配置功能. 電話MODEM單元主要利用公用電話網和集中器通信.上位機通過公用電話網實現對用戶數據抄收,系統(tǒng)較時和系統(tǒng)設置功能. 電力MODEM和電力線接口單元完成集中器和采集終端的通信功能.電力MODEM單元完成用戶數據的調制和解調功能.我們采用意法半導體公司生產的電力MODEM芯片ST7538作為調制解調器;電力線接口單元主要完成調制后的數據與電力線的耦合. 紅外模塊單元主要是用來系統(tǒng)的初始配置功能,在上位機和集中器遠程通信受阻時,允許工作人員通過紅外模塊完成數據的抄收等功能. 網絡接口模塊主要是用來完成上位機通過公用Internet網絡和集中器通信的功能,采用嵌入式WEB技術,為用戶提供更友好的操作界面. 四, 設計實現 為了提高項目的開發(fā)進度,我們采用英蓓特公司生產的Embest STR912 開發(fā)板作為開發(fā)調試的主控板,利用開發(fā)板上面的網絡接口和串口接口模塊進行調試開發(fā)工作. 我們把系統(tǒng)上面的電力MODEM模塊,電話MODEM模塊和紅外線模塊在實驗板上面實現.利用開發(fā)板和實驗板構建了一個簡易的開發(fā)平臺,設計和驗證系統(tǒng)功能.目前正在調試主控板和實驗板上面電力線模塊之間的通信.