湖南大學(xué)碩士學(xué)位論文低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)姓名：申梅花申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：物理電子學(xué)指導(dǎo)教師：戴瑜興20071031低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)人工抄表方式具有很大的局限性：勞動(dòng)強(qiáng)度大、漏抄誤抄率高、抄表不到位且容易摻雜人為因素、由于無法做到同一時(shí)間或零點(diǎn)抄表而不能準(zhǔn)確反映實(shí)際線損、用戶電力負(fù)荷預(yù)測(cè)及控制工作難以完成等。本文正是針對(duì)這一問題，設(shè)計(jì)開發(fā)了上行信道采用電話線、下行信道采用電力線傳輸?shù)牡蛪弘娏τ脩暨h(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)。（１）經(jīng)過對(duì)集抄系統(tǒng)技術(shù)的研究，分析并指出現(xiàn)階段我國(guó)電能計(jì)量系統(tǒng)狀況及存在的問題，闡述了上行信道采用電話線、下行信道采用電力線傳輸?shù)倪h(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。（２）根據(jù)集抄系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，提出低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)總體解決方案。論述了電子式單相載波表、一拖Ｎ采集器以及集中器組成原理和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法，分析了主站抄表管理平臺(tái)的功能需求。（３）設(shè)計(jì)開發(fā)了載波表功能模塊及集中器功能模塊，給出了載波表電能計(jì)量模塊、載波通信模塊、集中器主控模塊、集中器電力線通信模塊、集中器Ｍｏｄｅｍ通信模塊硬件及軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，分析了其他相關(guān)功能模塊，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造了利用表中繼技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑砟Ｐ汀＃ǎ矗┽槍?duì)課題所闡述的集抄系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種切實(shí)可行的抄表管理軟件，給出了數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、利用ＰＳＴＮ與集中器通信設(shè)計(jì)以及其他相關(guān)功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，給出了代碼實(shí)現(xiàn)及相應(yīng)的程序運(yùn)行結(jié)果。（５）闡述了系統(tǒng)各模塊的調(diào)試環(huán)境，對(duì)調(diào)試過程中遇到的困難給出了相應(yīng)的解決方案，給出了系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果及分析。試運(yùn)行情況表明；上行信道采用電話線、下行信道采用電力線傳輸?shù)牡蛪弘娏τ脩暨h(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電能計(jì)量、載波通信、數(shù)據(jù)抄讀、數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)瀏覽、查詢、電費(fèi)計(jì)算等功能，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：集中抄表；遠(yuǎn)程抄表；電能計(jì)量；載波通信；數(shù)據(jù)庫管理Ⅱ碩士學(xué)位論文ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｒｅａｒｅｍａｎｙｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｉｎｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｐｏｉｎｔ?－ｔｏ??ｐｏｉｎｔｍａｎｕａｌｍｅｔｅｒｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｌａｂｏｒ，ｅａｓｙｔｏｌｅａｋｏｒｒｅａｄｉｎｇｍｏｄｅ：ｇｒｅａｔｍｉｓｓｒｅａｄｉｎｇ，ｍａｎ－ｍａｄｅｍｉｓｔａｋｅｓ，ｉｎａｃｃｕｒａｔｅａｃｔｕａｌｌｉｎｅｌｏｓｓｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｍｐｏｓｓｉｂｌｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｅｒｔｏｒｅａｄｉｎｇ，ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｉｃｌｏａｄｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ，ｅｔｃ．Ｉｎｏｒｄｅｒｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｉｇｎｅｄｏｎａｎｄａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｅｄａｃｏｌｌｅｃｔｍｅｔｅｒｒｅａｄｉｎｇａｓｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｌｉｎｅｃｈａｎｎｅｌ．ＰＳＴＮａｓｔｈｅｕｐｌｉｎｅｃｈａｎｎｅｌｔｈｅｐｏｗｅｒｌｉｎｅｃａｒｒｉｅｒｔｈｅｄｏｗｎＦｉｒｓｔｌｙ，ａｆｔｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｍｅｔｅｒｒｅａｄｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｐｏｗｅｒｍａｎａｇｅｍｅｎｔＷａＳａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ，ａｎｄｔｈｅｅｘｃｅｌｌｅｎｃｅｏｆｔｈｅｒｅｍｏｔｅｃｏｌｌｅｃｔｍｅｔｅｒｒｅａｄｉｎｇｓｙｓｔｅｍｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｅｘｐａｔｉａｔｅｄ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｎｄｉｃａｔｏｒ，ｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｇｉｖｅｎｏｕｔ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｉｎｇｌｅｐｈａｓｅｃａｒｒｉｅｒｍｅｔｅｒ，ｔｈｅｏｎｅ－ｔｏ－Ｎｃｏｌｌｅｃｔｏｒａｎｄｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒｗｅｒｅａｌｓｏｇｉｖｅｎｏｕｔ．Ａｎｄｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｄｅｍａｎｄｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｓ．Ｔｈｉｒｄｌｙ，ｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｓｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｏｆｔｈｅｍｅｔｅｒ’Ｓｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ’Ｓｏｆｔｈｅｍｅｔｅｒｒｅａｄｉｎｇｍａｎａｇｅｍｅｎｔｔｅｒｍｉｎａｌｓｏｆｔｗａｒｅｗｅｒｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｔｈｅｃａｒｒｉｅｒｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅ．ｔｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｕｎｉｔｍｏｄｕｌｅ，ｔｈｅｐｏｗｅｒｌｉｎｅｃａｒｒｉｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｏｕｔｍｏｄｕｌｅａｎｄｔｈｅＭｏｄｅｍｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｗｅｒｅｇｉｖｅｎｔｏｐｏｌｏｇｙｍｏｄｅｌｗａｓｂｕｉｌｔｂａｓｅｄｏｎｉｎｄｅｔａｉｌｓ。Ａｎｄａｍｅｔｅｒｒｅｌａｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ｒｅａｄｉｎｇＦｏｕｒｔｈｌｙ，ａｎｄｅｓｉｇｎｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇａｖａｉｌａｂｌｅｔｏｔｈｅｍｅｔｅｒｍａｎａｇｅｍｅｎｔｔｅｒｍｉｎａｌａｓｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｍａｉｎｍｏｄｕｌｅｓｓｕｃｈｄａｔａｂａｓｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ＳＯｏｎｒｅｍｏｔｅＭｏｄｅｍｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｕｓｉｎｇＰＳＴＮａｎｄｏｔｈｅｒｒｅｌａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｓａｎｄｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇａｎｄｒｕｎｎｉｎｇｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｏｌｖｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｄｅｂｕｇｇｉｎｇｗｅｒｅｇｉｖｅｎｏｕｔ．Ａｌｓｏｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｇｉｖｅｎｏｕｔａｓｗｅｌｌ．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅｍｏｔｅｃｏｌｌｅｃｔｍｅｔｅｒｒｅａｄｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｌｏｗｖｏｌｔａｇｅａｓｕｓｅｒｓｂａｓｅｄｏｎｐｏｗｅｒｌｉｎｅａｎｄＰＳＴＮｈａｖｅｒｅａｌｉｚｅｄｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｓｕｃｈｐｏｗｅｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｃａｒｒｉｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｄａｔａｒｅａｄｉｎｇ，ｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔ，ｄａｔａｂｒｏｗｓｉｎｇＳＯａｎｄＫｅｙｏｎ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｒｅａｃｈｅｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｄｅｍａｎｄｓ．Ｗｏｒｄｓ：ｃｏｌｌｅｃｔｍｅｔｅｒｒｅａｄｉｎｇ；ｒｅｍｏｔｅｍｅｔｅｒｒｅａｄｉｎｇ；ｐｏｗｅｒｓｃａｌｃｕｌａｔｅ；ｐｏｗｅｒｌｉｎｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｄａｔａｂａｓｅｄｅｓｉｇｎⅢ湖南大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：躥摻缸日期：矽７年，，月７日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖南大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于ｌ、保密口，在年解密后適用本授權(quán)書。２、不保密口。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√”）日期：沙－７年ｆｆ月尹日日期：＇．刁年１１月ｒｏ日碩士學(xué)位論文第１章緒論１．１課題背景電能是使用最為廣泛的一種能源，涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)所有領(lǐng)域和人民生活的方方面面。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電力工業(yè)得到了迅猛發(fā)展，電網(wǎng)的負(fù)荷結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，對(duì)配網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化和管理自動(dòng)化提出了新的要求。提高供電質(zhì)量、提高供電的可靠性、實(shí)施高效準(zhǔn)確的抄收系統(tǒng)已是當(dāng)務(wù)之急。目前電能無法大量?jī)?chǔ)存，其生產(chǎn)、傳輸和使用必須在同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。因此，電力行業(yè)要實(shí)現(xiàn)電力計(jì)量、負(fù)荷控制、繼電保護(hù)、電力調(diào)度、故障檢測(cè)和故降隔離等綜合功能的智能化是電力行業(yè)發(fā)展的迫切需要，要實(shí)現(xiàn)這一系列功能只有采用計(jì)算機(jī)技術(shù)及相關(guān)新技術(shù)。而電能計(jì)量管理系統(tǒng)是其它現(xiàn)代化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。目前在美國(guó)、日本已經(jīng)實(shí)施。由于電網(wǎng)不同、國(guó)情不同，美、日的先進(jìn)技術(shù)無法在我國(guó)電網(wǎng)采用。而且目前國(guó)內(nèi)也還沒有成熟的技術(shù)提供電力部門使用。因此，電力部門近期提出了“兩網(wǎng)改造”和城鎮(zhèn)“一戶一表”工程的任務(wù)。這為我國(guó)實(shí)現(xiàn)低壓電網(wǎng)的管理現(xiàn)代化提供了廣闊的空間。隨著新的抄表政策的普及，傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)人工抄表方式已表現(xiàn)出很大的局限性：勞動(dòng)強(qiáng)度大、漏抄誤抄率高、抄表不到位且容易摻雜人為因素、由于無法做到同一時(shí)間或零點(diǎn)抄表而不能準(zhǔn)確反映實(shí)際線損、用戶電力負(fù)荷預(yù)測(cè)及控制工作難以完成等。因此，研制開發(fā)一種電能集中抄收系統(tǒng)，成為電網(wǎng)商業(yè)運(yùn)營(yíng)的迫切需要。新的抄表方式在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生：采用多點(diǎn)組合，由電子式采集模塊，經(jīng)電力線傳輸，將各個(gè)用戶的用電量數(shù)據(jù)送至集中器，再利用多種信道，傳輸至管理中心計(jì)算機(jī)。管理抄表人員不僅可以知道每個(gè)用戶的月電量，而且可以知道每個(gè)用戶的尖、峰、平、谷具體時(shí)刻的電量。此外，還可以掌握用戶日最大平均功率出現(xiàn)的時(shí)間。結(jié)合小時(shí)電量，能夠更精確細(xì)致地制定電價(jià)政策，達(dá)到削峰填谷、優(yōu)化負(fù)荷質(zhì)量的目的【３】【４１。隨著電子技術(shù)、通訊技術(shù)的發(fā)展，這種自動(dòng)遠(yuǎn)程集中抄表方式的實(shí)現(xiàn)從技術(shù)上已經(jīng)成為可能。它取代了勞動(dòng)密集型的人工抄表方法，使錯(cuò)抄、漏抄、估抄現(xiàn)象減到幾乎為０，提高了抄表的準(zhǔn)確度與效率。本課題來源于浙江天正集團(tuán)低壓電器股份有限公司技術(shù)改造項(xiàng)目，其目的是：利用低壓電力線路，采用電力線載波技術(shù)將電子式單相載波表的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)郊衅髦校衅鲗⑦@些信號(hào)經(jīng)由上行信道傳送到抄表管理平臺(tái)，完成用戶電量匯總及電費(fèi)計(jì)算等功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)集中抄表。同時(shí)，抄表管理平臺(tái)也可對(duì)集中器下達(dá)命令，實(shí)施集中器對(duì)各個(gè)用戶電表的數(shù)據(jù)抄收，并且對(duì)異常用電用戶或低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)欠費(fèi)用戶遠(yuǎn)程控制其電表內(nèi)繼電器的通斷。１．２電能計(jì)量管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀及面臨的問題１．電能計(jì)量管理系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀國(guó)外集中抄表的發(fā)展得益于８０年代計(jì)算機(jī)技術(shù)、超大規(guī)模集成電路（ＶＬＳＩ）和通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，使得集中抄表系統(tǒng)在向著智能化、低功耗、低成本和通信的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)中邁出了堅(jiān)實(shí)的一步，達(dá)到了可以大規(guī)模推廣的實(shí)用性階段。在此之前，對(duì)集中抄表系統(tǒng)的投資和獲益的權(quán)衡始終使企業(yè)家感到困惑。現(xiàn)在則由于新技術(shù)的采用，使裝置的可靠性大大提高，而成本卻明顯降低，從而使天平向有利于集中抄表系統(tǒng)用戶的方向傾斜。進(jìn)入八十年代中期，許多大規(guī)模的集中抄表系統(tǒng)在美國(guó)、加拿大等一些發(fā)達(dá)國(guó)家中出現(xiàn)，并有繼續(xù)擴(kuò)大之勢(shì)。比較著名的集中抄表系統(tǒng)技術(shù)設(shè)備公司有Ｉｔｒｏｎ、Ｍｅｔｓｃａｎ、ＢｎＣａｎ、Ｍｅｔｒｅｔｅｋ、ＢａｄｇｅｒＭｅｔｅｒ、ＡｍｅｒｉｃａｎＭｅｔｅｒ、ＤａｔａＢｅａｍ、Ｈｅｘａｇｒａｍ等。并且在這些國(guó)家基本上己實(shí)現(xiàn)了抄表自動(dòng)化、銀行聯(lián)網(wǎng)付費(fèi)的功能。這些系統(tǒng)內(nèi)部的信號(hào)采集多利用專用接口，如ＬｏｎＷｏｒｋｓ、ＣＡＮ、ＲＳ４８５、Ｍ．Ｂｕｓ等數(shù)據(jù)采集線路。布線系統(tǒng)一般都存在成本高、安裝施工繁雜的困擾。有的地區(qū)也有使用無線抄表功能。在低壓載波抄表技術(shù)方面，以色列、美國(guó)、德國(guó)的技術(shù)起步較早，其技術(shù)是在低壓電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)下形成的。因?yàn)閲?guó)外的低壓用戶網(wǎng)是根據(jù)其居民分散式居住環(huán)境而設(shè)計(jì)的，一般來說，是一個(gè)變壓器只帶一戶或幾戶居民住宅，所以低壓電力網(wǎng)特性非常規(guī)范，干擾小，載波抄表技術(shù)僅采用一般的通信技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)，用不著像神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等這類高深的技術(shù)，因此基本上發(fā)達(dá)國(guó)家的載波抄表產(chǎn)品不適應(yīng)中國(guó)的低壓電力線網(wǎng)。如１９９６年以色列產(chǎn)品在中國(guó)試裝，由于抄表率非常低只得退出中國(guó)市場(chǎng)，而東南亞等一些與中國(guó)住宅相類似的國(guó)家和地區(qū)又沒有這種技術(shù)，所以目前只有中國(guó)的低壓電力載波抄表技術(shù)才能適合中國(guó)和東南亞的電力線網(wǎng)。中國(guó)的低壓電力線載波抄表技術(shù)采用的是擴(kuò)頻技術(shù)、軟件自動(dòng)中繼路由技術(shù)、差錯(cuò)控制技術(shù)等相結(jié)合的技術(shù)，這樣的抄表系統(tǒng)在國(guó)際上是同類產(chǎn)品最先進(jìn)的。在國(guó)內(nèi)，經(jīng)過近幾年的研究和開發(fā)，自動(dòng)抄表技術(shù)已基本達(dá)到實(shí)用化水平，并形成了多種自動(dòng)抄表方式并存的格局：主站系統(tǒng)己從單機(jī)、雙機(jī)系統(tǒng)發(fā)展到網(wǎng)絡(luò)式的主站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；操作系統(tǒng)己從ＤＯＳ發(fā)展到Ｗｉｎｄｏｗｓ／９５／９８／ＮＴ系統(tǒng)功能上從單純的抄表功能發(fā)展到具有實(shí)時(shí)線損統(tǒng)計(jì)、用電考核、遠(yuǎn)程控制、計(jì)費(fèi)及銀行聯(lián)網(wǎng)等功能：上行通信信道從單一的電話撥號(hào)方式發(fā)展到多種通信方式如電話、ＧＰＲＳ＼ＧＳＭ、專線等方式混合應(yīng)用的局面；下行通信信道從４８５總線發(fā)展到電力載波方式；終端采集和傳輸產(chǎn)品也呈現(xiàn)了多樣化的局面，產(chǎn)品包括總線采集器／集中器、載波采集器／集中器、單表載波、復(fù)費(fèi)率載波等。隨著低壓電力線載波技術(shù)的日益提高和成熟，國(guó)內(nèi)對(duì)載波抄表產(chǎn)品需求量的碩士學(xué)位論文日益增加，國(guó)家對(duì)發(fā)展“集抄”在政策上給予的支持，以及用戶對(duì)“電能管理”現(xiàn)代化技術(shù)的要求，從事載波抄表的廠家越來越多。但是載波抄表技術(shù)的難度不可小覷，它涉及到通信、電子、軟件、自動(dòng)控制、編碼、編程方法、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)和學(xué)科，不是一朝一夕、輕而易舉就攻克的難題。現(xiàn)在我國(guó)雖然出現(xiàn)了ｌＯＯ多家載波抄表的企業(yè)，但只有少數(shù)幾家能在技術(shù)上基本掌握和實(shí)現(xiàn)。大部分企業(yè)沒有自主技術(shù)，其載波抄表在抄到率上只能達(dá)到８５％－－９５％，這不符合用戶或技術(shù)的要求。總而言之我國(guó)是個(gè)人口眾多的國(guó)家，水電氣用量巨大，市場(chǎng)十分廣闊，遠(yuǎn)程抄表技術(shù)是一個(gè)很有發(fā)展前途和市場(chǎng)前景的研究方向【６】。２．電能計(jì)量管理系統(tǒng)存在的的問題目前，電能管理系統(tǒng)存在的問題還很多，歸納如下：（１）缺乏實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的用電數(shù)據(jù)采集手段，不能實(shí)行用電科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)的調(diào)度。（２）電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量不高，造成某些線路電壓過高，另外一些線路電壓過低，線損增大，既浪費(fèi)能源，又會(huì)對(duì)用電器具造成一定程度的損害。電能的無序使用使電網(wǎng)有限的調(diào)控能力受到?jīng)_擊，以至于常常導(dǎo)致供電故障和事故。（３）目前部分地區(qū)區(qū)級(jí)及縣級(jí)的通信系統(tǒng)比較落后，設(shè)備陳舊，容量小，傳輸速率低，性能質(zhì)量及運(yùn)行可靠性極差，無法適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展的需要。（４）人工抄表收費(fèi)手續(xù)繁雜，差錯(cuò)率高，耗用大量的人力、、材力，時(shí)常延誤回收，使電力企業(yè)在資金上運(yùn)轉(zhuǎn)困難。（５）由于現(xiàn)有電表使電力部門無法對(duì)用戶情況進(jìn)行及時(shí)監(jiān)控，且無防竊電功能，致使一些地區(qū)偷電現(xiàn)象嚴(yán)重，實(shí)際線損高達(dá)３０％以上，有些小企業(yè)甚至將偷電作為利潤(rùn)來源。為彌補(bǔ)損失電力部門便加高地區(qū)電價(jià)，造成不合理收費(fèi)，從而導(dǎo)致糾紛不斷。１．３采用電話線、電力線作為上下行傳輸信道的集抄系統(tǒng)遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)分為上行信道和下行信道，上行信道是指集中器與主站抄表管理計(jì)算機(jī)之間的通信信道，下行信道是指用戶電表或采集器與集中器之間的通信信道。信道的選擇是遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)，直接關(guān)系到系統(tǒng)性能，它在集中抄表系統(tǒng)投資中占很大一部分。１．上行信道采用電話線傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)上行信道通訊方式種類多樣，各有所長(zhǎng)。各種方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較如下；（１）電話線方式：分為租用電話線方式和撥號(hào)方式：租用電話線的優(yōu)點(diǎn)為投資很少，建設(shè)速度很快。缺點(diǎn)為無法對(duì)線路及通信質(zhì)量進(jìn)行控制，運(yùn)行費(fèi)用較高。進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，線路續(xù)接（包括呼叫應(yīng)答等）時(shí)間較長(zhǎng)，通常需幾秒到幾十秒，低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)＿■●●＿－＿＿－●＿＿＿－＿－＿－＿＿－●一ＩＩＩ－＿●●＿＿＿●●＿＿＿＿＿＿●－＿●＿＿＿＿＿－＿●＿●●＿＿＿－＿－＿＿＿－＿＿＿●＿●＿●＿＿－＿＿＿＿＿－＿＿●＿＿－－＿＿＿當(dāng)集中器數(shù)目較多時(shí)，通信效率將大幅度下降，而且租用電話線路多，其租用費(fèi)用也很可觀。因此不適合大容量系統(tǒng)。撥號(hào)方式的優(yōu)點(diǎn)為最適合配電網(wǎng)分散性、大容量的特點(diǎn)，建設(shè)速度快，成本低，技術(shù)難度小。缺點(diǎn)是監(jiān)控的實(shí)時(shí)性不能得到滿足。但由于電力系統(tǒng)對(duì)低壓客戶電能消耗情況的統(tǒng)計(jì)在實(shí)時(shí)性上的要求不是很高，所以在電力集中抄表系統(tǒng)中應(yīng)用撥號(hào)電話是一種廣泛的選擇。（２）ＧＰＲＳ方式：ＧＰＲＳ是一種新型的分組數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、運(yùn)營(yíng)成本低、通訊速率高、建設(shè)成本少的優(yōu)點(diǎn)，特別適合于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、多點(diǎn)分散的中小流量數(shù)據(jù)傳輸。另外，ＯＰＲＳ的雙向通訊方式還特別適合對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，進(jìn)行參數(shù)調(diào)解、開關(guān)等控制操作，是一種綜合性價(jià)格比比較高的通訊方式，目前也被很多廠家所采用。（３）ＧＳＭ短信業(yè)務(wù)通信方式：數(shù)據(jù)傳輸短信按條收費(fèi)，運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較高；短信傳輸有一定的延時(shí)，實(shí)時(shí)性較差。（４）光纖通信方式：光纖通信在性能上具有容量大、傳輸信息質(zhì)量高、性能穩(wěn)定、防電磁干擾和保密性強(qiáng)等，非常適合上層通信網(wǎng)的要求。但其安裝結(jié)構(gòu)受限制，施工成本投入大，擴(kuò)展性差，因此目前使用并不是很多。（５）無線電臺(tái)通信方式：無線電臺(tái)通信適用于集中器分散切范圍廣的情況，～般采取裝設(shè)小型無線電臺(tái)，在２００ＭＨＺ一４００ＭＨＺ頻率范圍內(nèi)的某個(gè)頻點(diǎn)上以散射通信方式進(jìn)行無線通信。其特點(diǎn)是傳輸帶較寬，通信容量大，通信距離遠(yuǎn)。缺點(diǎn)是需申請(qǐng)頻點(diǎn)使用權(quán)，且如果頻點(diǎn)選擇不合理，相鄰信道會(huì)互相干擾，并且一般小型無線電臺(tái)的通信速率較低，設(shè)備安裝成本較高，所以這種方式適用于大用戶電力負(fù)荷的無線電監(jiān)控及用電管理系統(tǒng)中。另外，此種方式受地形、氣候影響較大，穩(wěn)定性差，日常維護(hù)復(fù)雜，安裝條件苛刻，造價(jià)高。從技術(shù)角度和經(jīng)濟(jì)角度考慮，同時(shí)考慮到系統(tǒng)平臺(tái)類型、規(guī)模大小、投資強(qiáng)度等方面的要求，本課題中選用較為保守但成本低廉且通信穩(wěn)定可靠的電話線實(shí)現(xiàn)主站抄表管理平臺(tái)與集中器之間的通信。２．下行信道采用電力線傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)下行信道采用電力線傳輸是基于電力線載波技術(shù)，即ＰＬＣ（ＰｏｗｅｒＬｉｎｅＣａｒｒｉｅｒ）技術(shù)。它是利用高壓電力線（３５ＫＶ及以上電壓等級(jí)）、中壓電力線（１０ＫＶ電壓等級(jí)）或低壓配電線（３８０／２２０Ｖ電力用戶線）作為信息傳輸媒介進(jìn)行語音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊的通信方式。近年來，高壓電力線載波技術(shù)已經(jīng)突破了僅限于單片機(jī)應(yīng)用的限制，已經(jīng)進(jìn)入了數(shù)字化時(shí)代。中／低壓電力線載波通信技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用也正是方興未艾的階段。電力線載波通信這座被國(guó)外傳媒喻為“未被挖掘的金山”已經(jīng)成為一門電力通信領(lǐng)域的熱門專業(yè)。碩士學(xué)位論文（１）無須重新布線。目前全國(guó)電力專用通信網(wǎng)已建成數(shù)字微波通信電路６４０００ｋｍ，電力線載波６５萬話路ｋｍ，光纖通信電路約６０００ｋｍ，衛(wèi)星通信地球站３６座交換機(jī)總?cè)萘考s６０萬門，以及大量的城市電纜系統(tǒng)。電力線載波要做的，就是將這些已經(jīng)具備的電信基礎(chǔ)和遍布全國(guó)的電力網(wǎng)連接起來。（２）分布廣泛，接入方便，支持“即插即用”。現(xiàn)在我國(guó)的電話用戶大概在３億戶以內(nèi)，還有很多地方是民用的通信網(wǎng)無法覆蓋的地區(qū)。但只要是有電線的地方，電力系統(tǒng)的專用通信網(wǎng)就一定能夠到達(dá)。（３）電力線的接入成本很低，建設(shè)費(fèi)用也較低，因此可以大大減輕用戶的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，在經(jīng)濟(jì)投入方面具有很大優(yōu)勢(shì)。（４）國(guó)內(nèi)這十年來對(duì)電力線載波技術(shù)的研究很多，電力線載波技術(shù)已經(jīng)比較成熟，應(yīng)用非常廣泛。應(yīng)看到電力線載波通信確實(shí)己遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)行控制、保護(hù)信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、快速性和可靠性及對(duì)其它大量信息傳輸?shù)囊蟆闈M足現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，適應(yīng)全球性通信發(fā)展的大趨勢(shì)，使我國(guó)電力通信向高速率、寬頻帶、大容量方向發(fā)展，我們提倡大力發(fā)展應(yīng)用更為先進(jìn)的通信手段。但電力線載波做為電力通信網(wǎng)中一強(qiáng)有力的手段，有著雄厚的發(fā)展基礎(chǔ)和廣闊的市場(chǎng)，仍有其適應(yīng)的生存和發(fā)展的環(huán)境和空間，它不會(huì)簡(jiǎn)單地消失或停滯不前。主要體現(xiàn)在：（１）做為電力部門特有的通信資源，不管將來如何發(fā)展，電力線載波通信無可比擬的優(yōu)越性是不會(huì)動(dòng)搖的。它在電力生產(chǎn)中所發(fā)揮的強(qiáng)大而獨(dú)特作用是不可替代的，尤其在抵御臺(tái)風(fēng)、洪澇等自然災(zāi)害方面，由于它電路的傳輸線路具有機(jī)械強(qiáng)度高、不易受外力破壞的特點(diǎn)，是其它通信手段所無可比擬的。（２）每種通信手段都有其適用的范圍和環(huán)境。電力線載波適宜于縣調(diào)、地調(diào)等信息需求量小的情形，以及在其它場(chǎng)合做為可靠的備用通信手段。如在覆蓋范圍遠(yuǎn)而通道容量需求有限的情況下，電力線載波比使用其它任何傳輸介質(zhì)費(fèi)用都要低。（３）電力線載波通信同其它技術(shù)一樣，也是不斷發(fā)展和完善的。對(duì)于其固有的弱點(diǎn)和不足，科研工作者一直不斷研究出新的技術(shù)方法去改進(jìn)提高。科學(xué)的發(fā)展無止境，電力線載波做為一門科學(xué)也必將會(huì)更加完善、可靠。事實(shí)上從出現(xiàn)到現(xiàn)在，電力線載波通信也是一直不斷發(fā)展進(jìn)步的。１．４課題研究意義及主要內(nèi)容１．課題研究意義本文研究的對(duì)象是低壓電力用戶集中抄表系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)用電數(shù)據(jù)的自動(dòng)抄錄，節(jié)省了人工抄表的開支，人員費(fèi)可降低為原來的１０％。系統(tǒng)利用了計(jì)算低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)機(jī)和通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)每塊電表數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳送、記錄和整理，使用電管理人員坐在辦公室中利用該抄表系統(tǒng)及其管理軟件就能實(shí)現(xiàn)用電數(shù)據(jù)的自動(dòng)抄錄。用戶的用電數(shù)據(jù)可直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，用電管理人員可隨時(shí)管理和監(jiān)測(cè)每個(gè)電表，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。而且，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，集中自動(dòng)抄表系統(tǒng)與銀行計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)的自動(dòng)抄收、處理、銀行轉(zhuǎn)賬交費(fèi)等全套操作，從而給用戶提供更完善的服務(wù)，真正實(shí)現(xiàn)用電管理自動(dòng)化。在我國(guó)，電能管理自動(dòng)化和電能計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)工作還處于初級(jí)階段，設(shè)計(jì)和開發(fā)遠(yuǎn)程集中自動(dòng)抄表及其管理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電能管理自動(dòng)化的要求并且有著廣闊的經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)和發(fā)展前景。２．本文的主要內(nèi)容本文的選題來源于導(dǎo)師戴瑜興教授主持的校企合作項(xiàng)目“可通信電氣智能化技術(shù)”，作者承擔(dān)項(xiàng)目子課題“低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”。課題的研究工作是作者在浙江天正電器股份有限公司完成。研究成果經(jīng)天正電器股份有限公司結(jié)題驗(yàn)收。設(shè)計(jì)的低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)已經(jīng)投入應(yīng)用。研究?jī)?nèi)容是該課題的總結(jié)與概括。第１章，緒論。經(jīng)過對(duì)集抄系統(tǒng)技術(shù)的研究，分析并指出現(xiàn)階段我國(guó)電能計(jì)量系統(tǒng)狀況及存在的問題，闡述上行信道采用電話線、下行信道采用電力線傳輸?shù)倪h(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)以及本課題研究的意義。第２章，低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。根據(jù)集抄系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，提出低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)總體解決方案。論述電子式單相載波表、一拖Ｎ采集器以及集中器組成原理和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法，分析主站抄表管理平臺(tái)的功能需求。第３章，載波表及集中器功能模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)開發(fā)載波表功能模塊及集中器功能模塊，給出載波表電能計(jì)量模塊、載波通信模塊、集中器主控模塊、集中器電力線通信模塊、集中器Ｍｏｄｅｍ通信模塊硬件及軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，分析其他相關(guān)功能模塊，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造利用表中繼技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑砟Ｐ汀５冢凑拢髡境砉芾砥脚_(tái)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。針對(duì)課題所闡述的集抄系統(tǒng)設(shè)計(jì)一種切實(shí)可行的抄表管理軟件，給出了數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、利用ＰＳＴＮ與集中器通信設(shè)計(jì)以及其他相關(guān)功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，給出代碼實(shí)現(xiàn)及相應(yīng)的程序運(yùn)行結(jié)果。第５章，系統(tǒng)測(cè)試與運(yùn)行。闡述系統(tǒng)各模塊的調(diào)試環(huán)境，對(duì)調(diào)試過程中遇到的困難給出相應(yīng)的解決方案，給出系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果及分析。最后，總結(jié)與展望。碩士學(xué)位論文第２章低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)２．１設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)２．１．１擴(kuò)頻通信技術(shù)擴(kuò)頻通信，即擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)。它的基本特點(diǎn)是其傳輸信息所用信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息本身的帶寬。根據(jù)香農(nóng)（ｃ．Ｅ．Ｓｈａｎｎｏｎ）在信息論研究中總結(jié)出的信道容量公式，即Ｃ＝礦×Ｌｏｇ：ｆ１＋Ｓｌｙ）可知，為了提高信息的信道容量ｃ，有兩種途徑實(shí)現(xiàn)：加大帶寬形或提高信噪比Ｓ／Ⅳ。當(dāng)信號(hào)的信道容量Ｃ一定時(shí)，信號(hào)帶寬∥和信噪比Ｓ／Ⅳ是可以互換的，即增加信號(hào)帶寬可以降低對(duì)信噪比的要求，當(dāng)帶寬增加到一定程度，允許信噪比進(jìn)一步降低，有用信號(hào)功率可以接近噪聲功率，甚至俺沒在噪聲之下。擴(kuò)頻通信就是用寬帶傳輸技術(shù)來換取信嗓比的好處，這就是擴(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù)。．?dāng)U展頻譜通訊系統(tǒng)是指待傳輸信息的頻譜用某個(gè)特定的擴(kuò)頻函數(shù)擴(kuò)展后成為寬頻帶信號(hào)，送入信道中傳輸，再利用相應(yīng)手段將其壓縮，從而獲得傳輸信息的通訊系統(tǒng)。它的基本特點(diǎn)是其傳輸信息所用信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息本身的帶寬，擴(kuò)展帶寬至少是信息帶寬的幾十倍甚至是幾萬倍，其調(diào)制信號(hào)的帶寬主要由擴(kuò)頻函數(shù)來決定。擴(kuò)頻函數(shù)常用的是偽隨機(jī)編碼信號(hào)。１．直接序列擴(kuò)頻通信擴(kuò)頻通信最常用的是直接序列擴(kuò)頻和跳頗／直擴(kuò)混合系統(tǒng)，其抗干擾能力較強(qiáng)。本課題中所采用的是的直接序列擴(kuò)展頻譜通訊。直接序列通訊的一般方框見圖２．１、圖２．２。圖２．１發(fā)射系統(tǒng)低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)圖２．２接收系統(tǒng)信號(hào)源產(chǎn)生的信息流ｆ鯽｝通過編碼器輸出二迸制碼ｄ（％，），其中Ⅳ用以表示隨機(jī)變量。二進(jìn)制碼流中所含的兩個(gè)符號(hào)的先驗(yàn)概率相同，均為１／２，且兩個(gè)符號(hào)相互獨(dú)立，二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)ｄ（ｕ，ｆ）與一個(gè)高速率的二進(jìn)制偽隨機(jī)碼ｃ（ｕ，ｆ）波形相乘，得到復(fù)合信號(hào)ｄ（”，ｆ）?ｃ（ｕ，，），這就擴(kuò)展了傳輸信息的帶寬。，在接收端罰一個(gè)和發(fā)射端同步的偽隨機(jī)碼，，ｌｕ，ｔ—ｔｌ所調(diào)制的本地信號(hào)２Ｐ１””“¨，州”）Ｊ與接收到的ｓ（虬，）進(jìn)行相關(guān)處理。相美處理建將兩個(gè)信號(hào)相乘，然后求其數(shù)學(xué)期望（均值），或求兩個(gè)信號(hào)瞬時(shí)值相乘的積分。當(dāng)兩個(gè)信號(hào)完全相同時(shí)（或相關(guān)性很好），得到最大的相關(guān)峰值，經(jīng)數(shù)據(jù)檢測(cè)后恢復(fù)發(fā)射端的信號(hào)為ｄ’０，ｆ）。若信道中存在著干擾，這些干擾包括窄帶干擾、人為瞄準(zhǔn)式干擾、單頻干擾、多徑干擾或碼分多址信號(hào)，他們和有用信號(hào)Ｊ（“，ｆ）同時(shí)進(jìn)入接收機(jī)【ｌ“，見圖２．３。一裂＊圖畿：９—丫橢號(hào)宙１圖２．３接收機(jī)輸入由于窄帶噪聲和多徑干擾與本地?cái)U(kuò)頻信號(hào)不相干，故在相關(guān)處理中被削弱（干擾信號(hào)與本地?cái)U(kuò)頻碼卷積積分起擴(kuò)頻帶被擴(kuò)展），也就是干擾信號(hào)的能量被擴(kuò)展到整個(gè)擴(kuò)頻帶寬內(nèi)，降低了干擾電平，見圖２．４。碩士學(xué)位論文宙圖２．４混頻器輸出相關(guān)器后的基帶濾波器只輸出基帶信號(hào)ｄ’（甜，，）和處在濾波器同帶內(nèi)的那部分干擾和噪聲，這樣就大大改善了系統(tǒng)的輸出信噪比，見圖２．５。圖２．５窄帝濾波器輸出２．碼分多址（ＣＤＭＡ）直序擴(kuò)頻通信碼分多址（ＣＤＭＡ）包含二個(gè)基本技術(shù)：一個(gè)是碼分技術(shù)，另一個(gè)是多址技術(shù)。碼分技術(shù)的基礎(chǔ)是擴(kuò)頻技術(shù)，其目的是解決強(qiáng)干擾下的通信。ＣＤＭＡ中最常用的擴(kuò)頻形式是用一個(gè)偽隨機(jī)碼序列與窄帶ＰＳＫ信號(hào)相乘，這樣，有用信號(hào)經(jīng)擴(kuò)頻處理后，，頻譜被展寬了。多址，是指利用擴(kuò)頻時(shí)使用的一組正交（或準(zhǔn)正交）的偽隨機(jī)碼序列（地址碼）來實(shí)現(xiàn)多個(gè)信號(hào)同時(shí)入網(wǎng)接續(xù)的要求。在接收端，利用偽隨機(jī)碼的相關(guān)性進(jìn)行解擴(kuò)，有用信號(hào)被恢復(fù)至窄帶譜。寬帶無用信號(hào)與本地偽隨機(jī)碼不相關(guān)，不能解擴(kuò)，仍為寬帶譜；窄帶無用信號(hào)被本地偽隨機(jī)碼擴(kuò)展成寬帶譜。這樣，只有有用信號(hào)才被壓縮、識(shí)別和提取出來。擴(kuò)頻技術(shù)有如下一些優(yōu)點(diǎn)：（１）抗干擾性好。它具有極強(qiáng)的抗人為寬帶干擾、窄帶瞄準(zhǔn)式干擾、中繼轉(zhuǎn)發(fā)式干擾的能力。對(duì)多徑干擾不敏感，如果能再采用自適應(yīng)對(duì)消、自適應(yīng)天線、自適應(yīng)濾波器等技術(shù)，可以消除多徑干擾。（２）由于擴(kuò)頻系統(tǒng)使用碼周期很長(zhǎng)的偽隨機(jī)碼，所以其調(diào)制后的信號(hào)類似于隨機(jī)噪聲，而且只有當(dāng)接收方的偽隨機(jī)碼與發(fā)送方完全一致時(shí)才可能接收，所低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以有利于通信保密。（３）擴(kuò)頻技術(shù)把被傳送的信號(hào)帶寬展寬，從而降低了系統(tǒng)在單位頻寬內(nèi)的電波“通量密度”，可以解決常規(guī)通信中的通信擁擠的問題，其中的碼分多址（ＣＤＭＡ）技術(shù)有廣闊的應(yīng)用前景。（４）用擴(kuò)頻技術(shù)組成多址網(wǎng)時(shí)，網(wǎng)同步易于實(shí)現(xiàn)，易于實(shí)現(xiàn)隨機(jī)接入。擴(kuò)頻系統(tǒng)為數(shù)字系統(tǒng)，易于實(shí)現(xiàn)低功耗，小體積。２．１．２外置Ｍｏｄｅｍ工作原理Ｍｏｄｅｍ（調(diào)制解調(diào)器）能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通信，其工作原理為：將發(fā)送方的數(shù)據(jù)經(jīng)過調(diào)制，使數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，通過電話網(wǎng)傳送到接收方，接收方則通過Ｍｏｄｅｍ將信號(hào)解調(diào)，使模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行接收，以此實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)之間的通信。Ｍｏｄｅｍ與計(jì)算機(jī)之間直接通過ＲＳ－２３２Ｃ串行口連接，Ｍｏｄｅｍ與公用電話網(wǎng)通過電話線連接即可。Ｍｏｄｅｍ傳輸速率指每秒傳送的位數(shù)，以波特率（ｂｐｓ）計(jì)單位，常見的有１２００９６００ｂｐｓ、２４００ｂｐｓ、４８００ｂｐｓ、ｂｐｓ等，一般主機(jī)與單片機(jī)的Ｍｏｄｅｍ通信常采用９６００ｂｐｓ，可以滿足通信計(jì)算機(jī)通過串行口與Ｍｏｄｅｍ相連，串行口的本質(zhì)功能是作為ＣＰＵ和串行設(shè)要求。備間的編碼轉(zhuǎn)換器。當(dāng)數(shù)據(jù)從ＣＰＵ經(jīng)過串行口發(fā)送出去時(shí)，字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的位。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，串行的位被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。在Ｗｉｎｄｏｗｓ環(huán)境下，串口是系統(tǒng)資源的一部分。應(yīng)用程序要使用串口進(jìn)行通信，必須在使用之前向操作系統(tǒng)提出資源申請(qǐng)要求（打開串口），通信完成后必須釋放資源（關(guān)閉串口）。Ｍｏｄｅｍ有兩種狀態(tài)：命令狀態(tài)和聯(lián)機(jī)狀態(tài)。在命令狀態(tài)下Ｍｏｄｅｍ接受并執(zhí)行計(jì)算機(jī)發(fā)給它的命令；在聯(lián)機(jī)狀態(tài)下，接收數(shù)據(jù)并傳送之。命令狀態(tài)下Ｍｏｄｅｍ撥號(hào)后即等待載波，當(dāng)檢測(cè)到線路有載波后郎進(jìn)入聯(lián)機(jī)狀態(tài)；聯(lián)機(jī)狀態(tài)下Ｍｏｄｅｍ檢測(cè)到線路無載波又返回命令狀態(tài)。ＡＴ命令是Ｍｏｄｅｍ的命令集，通過它可以控制Ｍｏｄｅｍ的工作，包括檢測(cè)本地Ｍｏｄｅｍ和遠(yuǎn)程Ｍｏｄｅｍ、建立數(shù)據(jù)聯(lián)系等。常用指令注釋如下：＋＋＋：返回命令模式（在聯(lián)機(jī)狀態(tài)下使用）。ＡＴＤＴ：音頻撥號(hào)，后接欲撥電話號(hào)碼。ＡＴＡ：應(yīng)答命令。ＡＴＨ０：將Ｍｏｄｅｍ掛斷【“ｌ。２．１．３數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)數(shù)據(jù)庫訪問方式主要有以下幾種：（１）ＢＤＥ：ＢＤＥ是Ｄｅｌｐｈｉ中最傳統(tǒng)、最常用、也是最穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫訪問方式。應(yīng)用程序通過ＢＤＥ使用數(shù)據(jù)集控件（ＤａｔａＳｅｔ）操縱各種數(shù)據(jù)庫，而數(shù)據(jù)源控件碩士學(xué)位論文是連接數(shù)據(jù)集和數(shù)據(jù)控件的橋梁；（２）ＯＤＢＣ：ＯＤＢＣ是操作系統(tǒng)自帶，作為標(biāo)準(zhǔn)接口能適應(yīng)多種數(shù)據(jù)庫；但是連接速度較慢；（３）ＡＤＯ：ＡＤＯ基于ＯＬＥＤＢ技術(shù)之上。ＯＬＥＤＢ技術(shù)是一種底層的數(shù)據(jù)訪問技術(shù)，能夠以統(tǒng)一的方式訪問存儲(chǔ)于不同信息源中的數(shù)據(jù)。能夠訪問任何ＩＳＡＭ（索引順序存取方法）文件，Ｊｅｔ或關(guān)系數(shù)據(jù)源，能夠處理任何類型的數(shù)據(jù)，卻無需考慮具體數(shù)據(jù)對(duì)象的格式和存儲(chǔ)方法。使用ＡＤＯ訪問數(shù)據(jù)庫的流程見圖２．６。［】互］Ｔｄａｔａｓｅｔ控件（ＴＡＤＯＴａｂＩｃ，Ｔ＾ＤｏＱＩ?盯ｖ和ＴＡＤＯＳｔｏｒｅｄＰｒｏｃ）●《镕●ｏＬＥＤＢＰｒｏｖｉｄｅｒＩｌ數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)ｌｔ后臺(tái)。●圍２．６ＡＤＯ訪問流程圖（４）ＩｎｔｅｒＢａｓｅＥｘｐｒｅｓｓ：這不是一個(gè)通用的數(shù)據(jù)庫訪問方式而是只能用來訪問ＩｎｔｅｒＢａｓｅ數(shù)據(jù)庫，如果使用ＩｎｔｅｒＢａｓｅ做后臺(tái)服務(wù)器那么最好的選擇就是１１３Ｘ；（５）ＴｃｌｉｅｎｔＤａｔａＳｅｔ：ＴｃｌｉｅｎｔＤａｔａＳｅｔ控件具有強(qiáng)大的功能，無論是兩層（ｃ／ｓ）或多層的結(jié)構(gòu)都可以使用，使用ＴｃｌｉｅｎｔＤａｔａＳｅｔ控件進(jìn)行數(shù)據(jù)庫訪問是一個(gè)比較好的“瘦客戶端”解決方案。ＴｅｌｉｅｎｔＤａｔａＳｅｔ本身不連接到數(shù)據(jù)庫而在程序運(yùn)行時(shí)從別的ＴｄａｔａＳｅｔ控件中復(fù)制數(shù)據(jù)集，它可以將數(shù)據(jù)集保存到文件中或從文件中讀取數(shù)據(jù)集。在對(duì)性能要求不高或者要編制可移植性強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序時(shí)可以考慮使ＴｃｌｉｅｎｔＤａｔａＳｅｌ控件，如果和ＤａｔａＳｎａｐ功能合用，更能顯示它與運(yùn)行環(huán)境無關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。連接數(shù)據(jù)庫是為了訪問設(shè)置好的數(shù)據(jù)源：數(shù)據(jù)源好比倉(cāng)庫，數(shù)據(jù)庫程序可以看作是要使用倉(cāng)庫物資的后勤人員，只有應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)源建立連接，才能真正訪問數(shù)據(jù)源所代表數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)。低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以ＡＤＯ連接方式為例，使用ＴＡＤＯＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ控件連接數(shù)據(jù)庫，ＴＡＤＯＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ控件可以通過改變其屬性值來控制與數(shù)據(jù)庫之間聯(lián)系的屬性和情況，通過ＴＡＤＯＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ控件的方法可取得所連接數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表名，還可以取得數(shù)據(jù)庫中的存儲(chǔ)過程名。連接建立好以后接下來便是訪問，ＡＤＯ方式訪問數(shù)據(jù)庫時(shí)使用ＡＤＯ數(shù)據(jù)集控件即ＴＡＤＯＴａｂｌｅ控件和ＴＡＤＯＱｕｅｒｙ控件連接到數(shù)據(jù)庫，取得的數(shù)據(jù)本身都包含一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖，數(shù)據(jù)集為這個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的控件。修改數(shù)據(jù)都是只對(duì)緩沖作修改，緩沖區(qū)中有一個(gè)記錄指針指向當(dāng)前訪問的記錄，最后再由數(shù)據(jù)集控件提交到數(shù)據(jù)庫。２．１．４Ｗｉｎｄｏｗｓ多線程技術(shù)進(jìn)程和線程是兩個(gè)相對(duì)的概念，進(jìn)程是應(yīng)用程序的執(zhí)行實(shí)例，每個(gè)進(jìn)程是由私有的虛擬地址空間、代碼、數(shù)據(jù)和其它系統(tǒng)資源組成。進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建的資源隨著進(jìn)程的終止而死亡。線程的基本思想很簡(jiǎn)單，它是一個(gè)獨(dú)立的執(zhí)行流，是進(jìn)程內(nèi)部的一個(gè)獨(dú)立的執(zhí)行單元，相當(dāng)于一個(gè)子程序。單獨(dú)一個(gè)執(zhí)行程序運(yùn)行時(shí)，缺省的運(yùn)行包含的一個(gè)主線程，主線程以函數(shù)地址的形式，如ｍａｉｎ或ＷｉｎＭａｉｎ函數(shù)，提供程序的啟動(dòng)點(diǎn)，當(dāng)主線程終止時(shí)，進(jìn)程也隨之終止，但根據(jù)需要，應(yīng)用程序又可以分解成許多獨(dú)立執(zhí)行的線程，每個(gè)線程并行的運(yùn)行在同一進(jìn)程中。一個(gè)進(jìn)程中的所有線程都在該進(jìn)程的虛擬地址空間中，使用該進(jìn)程的全局變量和系統(tǒng)資源。操作系統(tǒng)給每個(gè)線程分配不同的ＣＰＵ時(shí)間片，在某一個(gè)時(shí)刻，ＣＰＵ只執(zhí)行一個(gè)時(shí)間片內(nèi)的線程，多個(gè)時(shí)間片中的相應(yīng)線程在ＣＰＵ內(nèi)輪流執(zhí)行，由于每個(gè)時(shí)間片的時(shí)間很短，所以對(duì)用戶來說，仿佛各個(gè)線程在計(jì)算機(jī)中是并行處理的。操作系統(tǒng)是根據(jù)線程的優(yōu)先級(jí)來安排ＣＰＵ的時(shí)間，優(yōu)先級(jí)高的線程優(yōu)先運(yùn)行，優(yōu)先級(jí)低的線程則繼續(xù)等待。線程被分為兩種：用戶界面線程（ＵＩ）和工作線程（又稱為后臺(tái)線程）。①用戶界面線程通常用來處理用戶的輸入并響應(yīng)各種事件和消息；②工作線程用來執(zhí)行程序的后臺(tái)處理任務(wù)，比如計(jì)算、調(diào)度、對(duì)串口的讀寫操作等。工作線程和用戶界面線程啟動(dòng)時(shí)要調(diào)用同一個(gè)函數(shù)的不同版本；一個(gè)進(jìn)程中的所有線程共享它們父進(jìn)程的變量，但同時(shí)每個(gè)線程可以擁有自己的變量。線程是系統(tǒng)調(diào)度的基本單位，是ＣＰＵ的一條執(zhí)行路徑。一個(gè)應(yīng)用程序?qū)嵗辽儆幸粋€(gè)線程，即程序的基本線程或主線程。用戶可以根據(jù)需要同時(shí)創(chuàng)建若干個(gè)線程，讓一個(gè)程序在同一時(shí)刻運(yùn)行多個(gè)線路。線程間獨(dú)立運(yùn)行，每個(gè)線程都輪流占用ＣＰＵ的運(yùn)行時(shí)間和資源，即將ＣＰＵ的時(shí)間分片，每一個(gè)時(shí)間片給不同的線程使用。這樣，操作系統(tǒng)將不斷的將線程掛起、喚醒、再掛起、再喚醒，直至完成整個(gè)任務(wù)。當(dāng)程序在運(yùn)行時(shí)，線程被加載到內(nèi)存中等待執(zhí)行。每個(gè)線程都可能包含該應(yīng)碩士學(xué)位論文用程序的數(shù)據(jù)、代碼或者其他操作系統(tǒng)的資源。一個(gè)線程執(zhí)行程序的一部分，所有線程都能夠訪問進(jìn)程的全局變量。一個(gè)采用多線程的應(yīng)用程序允許同一程序的多個(gè)部分同時(shí)執(zhí)行，為程序賦予了并行特性，因而可以執(zhí)行某些實(shí)時(shí)性或隨機(jī)性很強(qiáng)的操作，提高對(duì)ＣＰＵ的利用率，加快信息處理速度‘１”。２．２集抄系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)利用電力線載波技術(shù)通信的遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)是一個(gè)完整的通訊監(jiān)測(cè)控制體系，主要由五部分組成：用戶終端、低壓電力網(wǎng)、集中器、上行通信信道、主站抄表管理平臺(tái)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖２．７。圈２。７電力線載波集抄系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)用戶終端包括有普通電子式電能表、脈沖表、電子式載波表、一拖Ｎ采集器等。用戶終端直接采集用戶電量數(shù)據(jù)，通過電力線載波數(shù)據(jù)通訊方式向上傳輸給集中器。本課題設(shè)計(jì)的集抄系統(tǒng)，是針對(duì)新一代電子式單相載波表的遠(yuǎn)程集中抄收系統(tǒng)。對(duì)于正在使用而不必更換的普通電子表，設(shè)計(jì)了通信原理與電子式單相載波表相同的一拖Ｎ采集器。而老式的機(jī)械表正慢慢的退出市場(chǎng)，逐漸被電子表全面取代。低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄襲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)集中器位于３８０Ｖ配電變壓器（臺(tái)區(qū)）附近，采集所有用戶終端電能表的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲(chǔ)。接受主站上報(bào)的要求，轉(zhuǎn)發(fā)主站給用戶終端的命令，能管理該臺(tái)區(qū)所有的用戶電表。集中器作為整個(gè)系統(tǒng)的中心層，是連通主站和用戶終端的橋梁。一般每一配電變壓器低壓臺(tái)區(qū)配備一個(gè)集中器。上行通信信道指集中器和主站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺溃鶕?jù)需要可采用無線信道如ＧＰＲＳ、ＧＳＭ等，有線信道如電話線（ＰＳＴＮ）和光纖等，具有覆蓋面廣、傳輸信道公開、通用的特點(diǎn)，采用的數(shù)據(jù)交換協(xié)議以廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)交換協(xié)議為主，如ＩＥＣ６０８７０．５．１０２協(xié)議。根據(jù)１．３節(jié)中的分析本課題選用電話線作為上行信道。主站抄表管理平臺(tái)是抄表操作管理人員與系統(tǒng)直接對(duì)話和交流的部分，負(fù)責(zé)對(duì)集中器下達(dá)命令，并將集中器傳輸上來的用戶電量信息匯總、保存和費(fèi)用計(jì)算等。另外，臺(tái)區(qū)三相考核總表通過ＲＳ４８５總線與集中器通信，所被集中器采集的用電量數(shù)據(jù)及相關(guān)用電信息，用于線損計(jì)算。２。３電子式單相載波表原理及設(shè)計(jì)要求１．電子式單相載波表原理載波表主要完成電能計(jì)量、電能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和電力線載波通信功能，其原理圖見圖２．８：｝蚴籌蝴吲皴－４；同電等等塊ｌ｛多１產(chǎn)’與卜線耦合電路ｆ卜脈沖輸出電路ｌ．ＩＩｌ電黼采｝ｌ圈２．８載波襄組成原理由電流采樣電路對(duì)用戶電量取樣，得到用電量的電流樣值，再由電壓采樣電路采樣電壓樣值后，送電能計(jì)量模塊計(jì)算用戶用電量，并轉(zhuǎn)換成電脈沖，由微處理器對(duì)該脈沖計(jì)量、存儲(chǔ)后，一方面送給顯示電路（驅(qū)動(dòng)步進(jìn)式計(jì)度器或液晶屏），另一方面由脈沖輸出電路輸出校表脈沖。電力線載波電路將微處理器及外圍電路計(jì)量的用戶用電量數(shù)據(jù)二進(jìn)制信號(hào)擴(kuò)頻、調(diào)制成ＤＰＳＫ信號(hào)后，經(jīng)電力線耦合電路饋送到低壓電力線上，再傳輸?shù)郊撸桑撸撸撸瘢摺瘢撸撸摺瘢撸桑撸撸撸撸撸摺瘢撸撸撸撸撸撸撸撸摺瘢撸撸撸撸撸撸撸撸撸撸撸瘢撸瘢撸撸撸摺瘢撸撸撸摺瘛瘢撸撸撸撸撸叽T士學(xué)位論文中器。。．電力線耦合電路和電力線載波電路同時(shí)還接收來自集中器的ＤＰＳＫ信號(hào)（通常為命令、控制信號(hào)），并將其解調(diào)為二迸制信號(hào)后，再送到微處理器處理、控制。電能計(jì)量和載波通信是實(shí)現(xiàn)集中抄表的重要因素，本課題在電子式單相載波表的設(shè)計(jì)中，采用了在電力載波通信方面具有優(yōu)越性能的微處理器ＰＬ３２０１。ＰＬ３２０１是北京福星曉程電子科技有限公司專為面向未來的開放式自動(dòng)抄表、智能信息家電以及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的單芯片片上系統(tǒng)，具有如下特點(diǎn)：（１）（２）采用０．３Ｓｕｍ超大規(guī)模數(shù)／模混合ＣＭＯＳ制造工藝：內(nèi)置高精度數(shù)字多功能電能計(jì)量電路，計(jì)量精度達(dá)到在１０００：ｌ的動(dòng)電流通道內(nèi)置可程序設(shè)定增益放大器（ＰＧＡ），方便電能計(jì)量的多種態(tài)范圍內(nèi)誤差小于０．１％；（３）采樣方式；（４）（５）（６）（７）（８）（９）（１０）（１１）內(nèi)置雙通道電流采樣，具備防竊電功能；內(nèi)置有功功率和無功功率計(jì)量電路：內(nèi)置電壓／電流有效值、相電壓頻率測(cè)量電路；內(nèi)嵌增強(qiáng)型８０５ｌ兼容微處理器；內(nèi)置擴(kuò)頻通信調(diào)制／解調(diào)電路，兼容ＰＬ３１０５通訊方式；內(nèi)置６０ＫＥ２ＰＲＯＭ程序存儲(chǔ)器；內(nèi)置６０ｂｙｔｅｓＥ２ＰＲＯＭ數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；內(nèi)置三個(gè)８／１６位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，一個(gè)看門狗定時(shí)器以及三個(gè)外部中斷源：（１２）內(nèi)置可對(duì)電能計(jì)量精度和實(shí)時(shí)始終精度進(jìn)行溫度分段線性補(bǔ)償?shù)臏囟葌鞲衅鳎唬ǎ保常﹥?nèi)置完善的電源電壓監(jiān)測(cè)電路；２．電子式單相載波表的設(shè)計(jì)要求（１）（２）（３）（４）（５）（６）（７）（８）計(jì)量精度達(dá)１．０級(jí)。對(duì)于２．０級(jí)電表，可按１．０調(diào)校；具實(shí)時(shí)點(diǎn)抄功能；輕載誤差穩(wěn)定；抗干擾能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，失效率低；精確計(jì)量正負(fù)方向有功功率，且以同一方向計(jì)量電能；具有邏輯防潛功能，防竊電功能和反向報(bào)警功能，并容易起動(dòng)；隔離數(shù)字地、模擬地、載波模塊地；提供自動(dòng)中繼鏈路功能；低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（９）可為配變線損計(jì)算提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)；（１０）可現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置電表各種數(shù)據(jù)；（１１）抄表成功率應(yīng)達(dá)１００％。２．４一拖Ｎ采集器原理及功能特點(diǎn)１．一拖Ｎ采集器原理傳統(tǒng)的人工抄表方式逐漸被自動(dòng)集中抄表方式取代，為了實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變，需要把用戶正在使用的普通電子式電能表換成具有載波功能的電子式電能表，但若全體更換，必然是一筆極大的浪費(fèi)，也不是一種很好的過渡，所以采用了一種外置載波模塊的方法，不必更換用戶正在使用的電能表，只需把若干電能表的脈沖輸出線接到一塊載波抄表采集器上，用采集器接收這些電能表的用電信息，再用載波通信方式通過電力線將用電信息經(jīng)過集中器，最終傳遞到抄表管理中心。載波采集器的使用為自動(dòng)遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的電力行業(yè)的推廣普及提供了一種價(jià)格低廉而又切實(shí)可行的途徑，是一種過渡時(shí)期很好的更新?lián)Q代產(chǎn)品。一拖Ｎ采集器的組成原理框圖見圖２．９。田２．９一拖Ｎ采集器組成原理如圖所示，由帶有Ｎ對(duì)脈沖線的Ｉ／Ｏ口擴(kuò)展電路采集Ｎ只脈沖表或普通電子式電能表的用電量數(shù)據(jù)。每一個(gè)脈沖表的用電量脈沖經(jīng)Ｉ／Ｏ口和Ｉ／Ｏ口擴(kuò)展電路，在單片機(jī)的選通控制線的控制下，依次送入單片機(jī)進(jìn)行計(jì)量并處理、存儲(chǔ)后，最后由電力籃載波電路、電力線耦合電路，在集中器的操作下分別將Ｎ只脈沖表的用電量傳輸?shù)郊衅鳌＃玻煌希尾杉鞯墓δ芴攸c(diǎn)以單片機(jī)為中心構(gòu)成的計(jì)數(shù)、載波通訊模塊，可以同時(shí)采集２、４、８、１６路碩士學(xué)位論文電表的脈沖輸出，各路可以使用不同的電表常數(shù)分別計(jì)數(shù)、適應(yīng)霍爾計(jì)數(shù)、全電子電表的有源／無源脈沖輸入。．（１）可方便的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。（２）計(jì)數(shù)精度高、抗高頻干擾。（３）滿度９９９９９時(shí)自動(dòng)歸零。（４）可與單用戶載波表混合使用。（５）停電時(shí)能保存采集器內(nèi)所有的設(shè)置和記錄的數(shù)據(jù)。（６）可提供中繼鏈路功能。（７）載波抄表成功率可達(dá)１００％。２．５集中器原理及設(shè)計(jì)要求１．集中器原理集中器內(nèi)部組成原理見圖２．１０。圖２．１０集中器組成原理圖各部分主要功能如下：（１）集成Ｍｏｄｅｍ：實(shí)現(xiàn)用電管理中心計(jì)算機(jī)經(jīng)公用電話網(wǎng)（ＰＳＴＮ）／ＧＳＭ／光纖等方式與集中器連接。（２）微處理器１、２、３：在指定的抄表時(shí)刻采集用戶載波電能表或采集器所采集的用戶用電量數(shù)據(jù)。（３）主控器及其非易失性存儲(chǔ)器：低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)主控器和ＰＳＴＮ組成系統(tǒng)的上行信道，它在主站抄表軟件和時(shí)鐘電路的控制下，在指定的抄表時(shí)刻，將微處理器ｌ、２、３經(jīng)下行信道所采集的用戶載波電能表或采集器的用戶用電量數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)于非易失性存儲(chǔ)器中，并根據(jù)主站抄表軟件發(fā)出的抄讀命令，將存儲(chǔ)于非易失性存儲(chǔ)器中的用戶用電量數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)的用電管理中心計(jì)算機(jī)。（４）電力線載波電路：內(nèi)含電力線調(diào)制解調(diào)器，是系統(tǒng)的關(guān)鍵芯片，采用直接擴(kuò)頻，調(diào)制方式為ＤＰＳＫ。（５）電力線耦合電路：其功能是將高頻載波信號(hào)耦合到電力線上，并阻擋５０ＨＺ，２２０Ｖ工頻信號(hào)進(jìn)入集中器。其電路結(jié)構(gòu)采用了低等效內(nèi)阻電路，有效的降低了由于負(fù)載變化大而介入的插入損耗。擴(kuò)頻與解擴(kuò)、自動(dòng)中繼、差錯(cuò)控制、模糊識(shí)別等功能，均是由微處理器ｌ、２、３及電力線載波電路完成。２．集中器的設(shè)計(jì)要求１２３可根據(jù)設(shè)定的抄讀間隔自動(dòng)采集各用戶電表的累計(jì)用電量。可根據(jù)設(shè)定的抄收間隔和抄表周期自動(dòng)生成用戶電表的累計(jì)用電量。在規(guī)定時(shí)間內(nèi)抄讀失敗時(shí)，應(yīng)具有補(bǔ)抄功能。可設(shè)置初始參數(shù)、抄讀間隔及自動(dòng)抄表日，具有防止非授權(quán)人員操作的功能。（（４））５６７內(nèi)置時(shí)鐘電路，可由系統(tǒng)校時(shí)。采用直接序列擴(kuò)頻通信方式和ＤＰＳＫ調(diào)制進(jìn)行電力線載波通信。具有軟件自動(dòng)中繼功能，中繼深度達(dá)５級(jí)。采用低壓電力線作為數(shù)據(jù)下行通信通道，公用電話網(wǎng)作為上行通信信道。（（８））２．６主站抄表管理平臺(tái)功能需求所有用戶用電量數(shù)據(jù)最終將在管理中心保存、累計(jì)或費(fèi)用計(jì)算，管理中心除了對(duì)用戶的耗能數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的抄收、管理之外，還需要很方便地對(duì)每個(gè)用戶電表運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控檢查，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。抄表管理終端應(yīng)滿足以下的功能：（１）設(shè)置功能：可設(shè)置集抄系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，即可對(duì)集中器設(shè)置抄表周期，抄收間隔，電表參數(shù)等，并有防止非授權(quán)人員操作的措施。碩士學(xué)位論文（２）遠(yuǎn)程抄表功能：按設(shè)定抄收間隔以及抄表周期自動(dòng)抄收集中器中各用戶電能表的帶時(shí)標(biāo)的電能量數(shù)據(jù)及相關(guān)用電信息，并具有實(shí)時(shí)直抄任一電能表功能。（３）校時(shí)功能：系統(tǒng)校時(shí)以主站時(shí)間為基準(zhǔn)，有主站．集中器．用戶終端逐級(jí)進(jìn)行，以確保系統(tǒng)時(shí)間準(zhǔn)確。（４）監(jiān)測(cè)功能：主站系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)設(shè)備通信和電能表運(yùn)行是否正常，當(dāng)出現(xiàn)異常情況（電能表停止計(jì)量或竊電時(shí)），能自動(dòng)提示并報(bào)警。（５）遠(yuǎn)程斷、送電功能：根據(jù)具體用電情況，可以由主站發(fā)出斷電指令，切斷用戶負(fù)載回路，或發(fā)出送電指令，接通用戶負(fù)載回路，起到遠(yuǎn)程控制斷送電作用。（６）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理功能：存儲(chǔ)用戶終端各種數(shù)據(jù)，包括定時(shí)表底數(shù)據(jù)、凍結(jié)表底數(shù)據(jù)、日凍結(jié)表底數(shù)據(jù)、月凍結(jié)表底數(shù)據(jù)、歷史表底數(shù)據(jù)、點(diǎn)抄表底數(shù)據(jù)等，并計(jì)算線損，繪制電量曲線，以及生成報(bào)表。（７）數(shù)據(jù)安全保障功能：通過密碼實(shí)現(xiàn)用戶及系統(tǒng)管理，并進(jìn)行權(quán)限設(shè)置，可防止非授權(quán)人員操作。（８）自診斷、分析功能：可提示可能有故障或有竊電嫌疑的用戶，以及負(fù)荷越限報(bào)警和用電量異常報(bào)警。（９）與營(yíng)銷系統(tǒng)接口功能：與電力公司營(yíng)銷系統(tǒng)接口，實(shí)現(xiàn)電量數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)入到營(yíng)銷系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收費(fèi)，取代人工輸入工作。接口的實(shí)現(xiàn)并不影響原來營(yíng)銷系統(tǒng)功能的正常運(yùn)行。低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)第３章載波表功能模塊及集中器功能模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)３．１電子式單相載波表功能模塊設(shè)計(jì)在第２章中已提到，本課題中設(shè)計(jì)的載波表主芯片是集電能計(jì)量及載波通信功能于一體的芯片ＰＬ３２０１，它的功能特點(diǎn)已在上一章中有所說明。目前，傳統(tǒng)的抄表模塊目前仍沿用通用處理器（ＭＣＵ）＋功能簡(jiǎn)單的通信集成電路（載波或紅外等），設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，外圍元器件較多。而基于片上系統(tǒng)ＳｏＣ的ＰＬ３２０１多功能數(shù)字抄表模塊解決方案，主要單元均集成于單芯片上，更為重要的是它首次在載波通信模塊設(shè)計(jì)中使用了碼分多址ＣＤＭＡ技術(shù)，很好地解決了多臺(tái)區(qū)抄表的串?dāng)_問題。ＰＬ３２０１的內(nèi)部邏輯框圖見圖３．１。電壓監(jiān)測(cè)電路刨睦增強(qiáng)型８０５１ＭＣＵ１ＫＢ＋２５６ＢＳＲＡｌ４定時(shí)計(jì)數(shù)器串行通信接口ＩＳＰ接口擴(kuò)頻通信單元ＩＩ１６髓ＦＬＡＳＨＰＲＯＧＰ，ＡＭＬｃＤ驅(qū)動(dòng)接口６０ＢＤＡＴＡＥＰＲｏＭ計(jì)量單元ｌｌＲ伽圍３．１ＰＬ３２０１內(nèi)部邏輯框圖３．１．１電能計(jì)量模塊硬件設(shè)計(jì)ＰＬ３２０１內(nèi)部集成了電能計(jì)量模塊，外部電路只需要添加與ＰＬ３２０１接口匹配的電壓電流取樣電路。常用的電壓電流取樣方式有：電壓／電流互感器取樣、錳銅電阻片取樣。錳銅電阻片取樣方式的電路圖見圖３．２。互感器采樣電路見圖３．３。３．１．２載波通信模塊硬件設(shè)計(jì)載波通信電路主要包括載波通信集成電路、功率放大器和電力線耦合器。通信集成電路將數(shù)據(jù)信息調(diào)制成可在電力線上傳輸?shù)母哳l載波信號(hào)，其頻率一般為５０ｋ～５００ｋＨｚ。這些高頻載波信號(hào)通過功率放大和耦合電路與低壓電力線接口。載波通信的成功率主要取決于接收載波信號(hào)的信噪比和通信芯片的接收靈敏度。載波信號(hào)衰減和電力線路噪聲干擾決定著低壓電力線載波通道的傳輸特性。電力線的阻抗很小，因此其自身阻抗不是產(chǎn)生衰減的主要原因。主要原因是電力線上●－ｌ＿●＿＿＿＿ｌｌ＿＿＿－－－＿＿＿＿＿＿－－ｌ－●ｌ＿－＿＿＿●＿－＿●＿－●ｌｌ－＿＿＿＿＿＿－ｌ●ｌ－＿＿●－＿＿＿＿＿＿－＿＿＿＿＿ＩＩ－－●＿＿Ｉ碩士學(xué)位論文輕——瓿≯剖馨——１端≯型?一干一牟囂—］ｕ晶；兇?，苗ｙ—ｊ堂１而ｌＬ－２２０ｉａ丁‘’分電片?一午一阿ｏｌ必一，ｌ一嚶．．—受…磺～凳ｌ＾～熙？‘一．一．口。圖３．２錳銅電阻片取樣電路仃］““羅一ｒ］圖３．３互露器采樣電路有大量的用電負(fù)載和電力設(shè)備，其高頻等效阻抗的變化范圍很大。實(shí)驗(yàn)表明，信號(hào)的衰減是距離的函數(shù)，．一般為４０～１００ｄＢ／ｋｍ。綜上所述，低壓電力線載波通信的客觀環(huán)境非常惡劣，要達(dá)到穩(wěn)定通信的效果必須采用先進(jìn)的技術(shù)手段克服這些困難。如２．１．１節(jié)中分析所示，載波通信直接序列擴(kuò)頻單元，具有如下優(yōu)點(diǎn)：（１）（２）擴(kuò)頻通信技術(shù)可以在較低信噪比下實(shí)現(xiàn)可靠通信：由于在擴(kuò)頻通信中使用偽隨機(jī)碼作為擴(kuò)頻碼，擴(kuò)頻碼的一個(gè)很重要特點(diǎn)是其有足夠的獨(dú)立地址數(shù)實(shí)現(xiàn)碼分多址的要求。低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)ＰＬ３２０１集成了ＣＤＭＡ電力線載波擴(kuò)頻通信內(nèi)核，恰當(dāng)?shù)剡m應(yīng)了抄表系統(tǒng)碼分多址的特性。通過設(shè)置ＰＬ３２０１的內(nèi)部通信寄存器，可以選擇擴(kuò)頻使用的碼地址。這樣做的好處是：在規(guī)劃集抄網(wǎng)絡(luò)時(shí)，同一片臺(tái)區(qū)的集中器和終端可以采用同一擴(kuò)頻碼址，而相鄰臺(tái)區(qū)采用另一擴(kuò)頻碼址。設(shè)置了不同擴(kuò)頻碼址的設(shè)備之間的通信完全透明，彼此只相當(dāng)于噪聲干擾，因此只要在安裝規(guī)劃時(shí)統(tǒng)一設(shè)置不同的擴(kuò)頻碼，不同臺(tái)區(qū)之間就可以同時(shí)進(jìn)行各自的抄收通信而無沖突影響。在進(jìn)行載波通信時(shí)，必須將通信雙方的偽隨機(jī)碼序列、速率、地址設(shè)置成一致，才能正常通信。載波表通信模塊使用的擴(kuò)頻單元為ＤＰＳＫ直序擴(kuò)頻，并擁有可變偽隨機(jī)碼速率（帶寬）的多地址通信技術(shù)。其載波中心頻率為１２０ｋＨｚ，偽隨機(jī)碼速率可達(dá)到３０ｋｂｐｓ和１５ｋｂｐｓ。根據(jù)偽隨機(jī)碼的速率不同，數(shù)據(jù)速率可達(dá)到ｌｋｂｐｓ和５００ｂｐｓ。由于該芯片采用了６３位的Ｇｏｌｄ／Ｋａｓａｍｉ序列，從而實(shí)現(xiàn)了碼分多址，其地址數(shù)目最多可達(dá)４０個(gè)，其中３２個(gè)Ｇｏｌｄ序列，８?jìng)€(gè)Ｋａｓａｍｉ序列，由于使用了擴(kuò)頻技術(shù)，可使各地址之間的干擾減到最小。其載波通信電路見圖３．４。圖３．４載波通信電路ＳＩＧＩＮ為ＰＬ３２０１載波接收端，ＰＳＫＯＵＴ為ＰＬ３２０１載波發(fā)送端，Ｌ－２２０Ｖ、Ｎ２２０Ｖ為電力線。載波信號(hào)發(fā)射端由ＰＬ３２０１內(nèi)部調(diào)制擴(kuò)頻電路完成，載波發(fā)送端波形大致為Ｏ～５Ｖ方波，并包含有豐富的諧波信號(hào)，經(jīng)過放大和濾波整形電路后，耦合到電力線上。陶瓷濾波器為通頻帶，在中頻４￥０ｋＨｚ附近，載波信號(hào)接收端經(jīng)過信號(hào)衰減，諧振電路完成對(duì)有用信號(hào)的帶通濾波。進(jìn)入到ＳＩＧＩＮ端為１２０ｋＨｚ、幅值為Ｏ．７ｖ左右的有用信號(hào)，接收信號(hào)進(jìn)入芯片后進(jìn)行混頻處理。芯碩士學(xué)位論文片內(nèi)部將接收到的１２０ｋＨｚ有用信號(hào)與６００ｋＨｚ的內(nèi)部本振信號(hào)進(jìn)行混頻，得到４８０ｋＨｚ的中頻帶寬的差頻信號(hào)。混頻信號(hào)經(jīng)過陶瓷濾波器濾波后再進(jìn)入芯片進(jìn)行內(nèi)部解擴(kuò)和有效數(shù)據(jù)的還原。３。１．３其他模塊工作方式１．存儲(chǔ)電路載波表需要存儲(chǔ)一定時(shí)間的用電量數(shù)據(jù)，但ＰＬ３２０１的ＥＥＰＲＯＭ只有１６ＫＢ的大小，還要存儲(chǔ)電表的應(yīng)用程序，留給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的空問很小，因此擴(kuò)展外部存儲(chǔ)電路是必要的。考慮到載波表有斷電和掉電的可能性發(fā)生，選用非易失性存儲(chǔ)器才可行，非易失性存儲(chǔ)器主要有ＦＬＡＳＨ和ＥＥＰＲＯＭ，每種非易失性的存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)存取方式又分為并行數(shù)據(jù)存取和串行數(shù)據(jù)存取兩種方式，并行數(shù)據(jù)存取和串行數(shù)據(jù)存取的最大區(qū)別就是數(shù)據(jù)存取的速度，但對(duì)載波表來說，速度性能不是最重要的，所以本載波表選用的是串行存取數(shù)據(jù)的ＥＥＰＲＯＭ器件，具體的型號(hào)是ＡＴ２４Ｃ１６，存儲(chǔ)容量是２ＫＢ。存儲(chǔ)電路的電路圖見圖３．５。圖３．５存儲(chǔ)電路ＡＴ２４Ｃ１６是通過１２Ｃ總線實(shí)現(xiàn)串行存取數(shù)據(jù)，１２Ｃ總線是一種雙線串行通信方式，ＰＬ３２０１有三根線和ＡＴ２４Ｃ１６連接，分別是，ＳＤＡ（卑行數(shù)據(jù)線）、ＳＣＬ（串行時(shí)鐘線）、ＷＰ（讀寫保護(hù)選擇。２．電源電路電源電路的可靠是電表能夠穩(wěn)定工作的重要保障，本文設(shè)計(jì)的載波表，外部使用交流電源供電，內(nèi)部電源電路通過交流變壓器Ｔ１首先將將引入的交流電轉(zhuǎn)換為１２Ｖ～２４Ｖ低壓交流電，然后使用集成整流器ＤＢｌ０４將交流電整流為１２～２４Ｖ直流電壓輸出，此時(shí)的直流電壓還是脈動(dòng)的直流電壓，因此還需要使用集成線性穩(wěn)壓芯片將脈動(dòng)的直流電壓轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的直流電壓輸出供給載波表的各個(gè)功能模低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)塊，此電源電路選用的直流溫壓器件是７８Ｌ０５。電源電路的電路圖見圖３．６。圖３．６電源電路３．１．４電子式單相載波表軟件設(shè)計(jì)１．主程序流程采用ＰＬ３２０１設(shè)計(jì)的載波表主程序流程見圖３．７。圖３．７載波表主程序流程２．載波通信流程載波表的數(shù)據(jù)收發(fā)和轉(zhuǎn)發(fā)子程序功能在中斷中實(shí)現(xiàn)。過程如下：碩士學(xué)位論文（１）載波通信發(fā)送過程：載波單元在每次置為發(fā)送狀態(tài)后，硬件會(huì)自動(dòng)首先發(fā)送４０個(gè)偽碼周期的全“ｌ”序列，用于使接收端與發(fā)送端偽隨機(jī)碼同步，通過配置載波發(fā)送前導(dǎo)序列寄存器的值來改變發(fā)送全“ｌ”序列的個(gè)數(shù)。將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織完成后，按字節(jié)方式寫入ＳＳＣ．ＢＵＦ寄存器后，載波單元自動(dòng)發(fā)送該字節(jié)，當(dāng)判斷到載波通信狀態(tài)寄存器的收發(fā)狀態(tài)指示位為“ｌ”時(shí)（上ｌ字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送完后產(chǎn)生的指示標(biāo)志），可以發(fā)送下ｌ字節(jié)數(shù)據(jù)，直到全部數(shù)據(jù)發(fā)送完成。（２）載波通信接收過程：載波通信單元置為接收態(tài)后，硬件會(huì)在每次偽隨機(jī)碼同步后，開始從數(shù)據(jù)流中搜尋幀頭序列，當(dāng)檢出幀頭序列后，才真正開始接收數(shù)據(jù)。通過置幀頭標(biāo)志（ＦＨＦ）與數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好標(biāo)志（ＤＩｉＴ）相配合，完成數(shù)據(jù)的接收和識(shí)別。流程圖見圖３．８。圖３．８載波通信的中斷接收流程在進(jìn)行載波通信時(shí)，必須將通信雙方的偽隨機(jī)碼序列、速率、地址設(shè)置成一致，才能正常通信。實(shí)際應(yīng)用中將使載波通信具有較高的保密性，同時(shí)可以徹底解決多臺(tái)區(qū)間的通信串?dāng)_。３．２集中器功能模塊設(shè)計(jì)集中器位于３８０Ｖ配電變壓器（臺(tái)區(qū)）附近，采集所有用戶終端電能表的數(shù)據(jù)。并進(jìn)行存儲(chǔ)。接受主站上報(bào)的要求。轉(zhuǎn)發(fā)主站給用戶終端的命令，能管理該低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)ＩＩ臺(tái)區(qū)所有的用戶電表。集中器作為整個(gè)系統(tǒng)的中心層，是連通主站和用戶終端的橋梁。一般每一配電變壓器低壓臺(tái)區(qū)配備一個(gè)集中器。３．２．１主控電路硬件設(shè)計(jì)主芯片采用ＰＨＩＬＩＰＳ公司的改進(jìn)型的５ｌ系列單片機(jī)Ｐ８９Ｃ６６９ＦＡ。它是基于ＰＨＩＬＩＰＳ半導(dǎo)體新５１ＭＸ內(nèi)核的首類Ｆｌａｓｈ微控制器代表，包含９６ｋ字節(jié)的Ｆｌａｓｈ程序存儲(chǔ)器、２｜（字節(jié)的數(shù)據(jù)ＳＲＡＭ、１個(gè)可編程計(jì)數(shù)器陣列（ＰＣＡ）、可配置成不同時(shí)間范圍的看門狗定時(shí)器、２個(gè)增強(qiáng)型ＵＡＲＴ以及字節(jié)型１２Ｃ總線串行接口．ＰＨＩＬＩＰＳ半導(dǎo)體的５１ＭＸ內(nèi)核是一種加速的８０Ｃ５１結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行速度２倍于標(biāo)準(zhǔn)的８０Ｃ５ｌ器件。５１ＭＸ的線性地址經(jīng)擴(kuò)展后可支持高達(dá)８Ｍ字節(jié)的程序存儲(chǔ)器和８Ｍ字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。它兼容全部程序代碼，使設(shè)計(jì)者可繼續(xù)使用８０Ｃ５ｌ的開發(fā)工具，無需移植到一個(gè)新的，不習(xí)慣的結(jié)構(gòu)上。５１ＭＸ內(nèi)核還保留了８０Ｃ５１總線的兼容性，使８０Ｃ５１接口外圍電路和專用集成電路（ＡＳＩＣ）得以繼續(xù)使用。Ｐ８９Ｃ６６９包括１個(gè)非易失性Ｆｌａｓｈ程序存儲(chǔ)器，可用于并行編程以及串行在系統(tǒng)編程和在應(yīng)用中編程。在系統(tǒng)編程（ＩＳＰ）允許用戶在微控制器正在使用時(shí)下載新的代碼。在應(yīng)用中編程意味著微控制器可在系統(tǒng)中取新程序代碼和對(duì)自身進(jìn)行重編程。這樣可實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)器連接范圍內(nèi)的遠(yuǎn)程編程。對(duì)于在系統(tǒng)編程，可利用ＲＯＭ中的默認(rèn)串行裝載（引導(dǎo)裝載程序）程序通過ＵＡＲＴ來實(shí)現(xiàn)，而無需使用Ｆｌａｓｈ的裝載程序。而在應(yīng)用中編程則是使用ＲＯＭ中的標(biāo)準(zhǔn)程序來完成對(duì)Ｆｌａｓｈ存儲(chǔ)器的擦寫和重編程的。主控器電路圖見圖３．９。鲴３．９集中器主控電路碩士學(xué)位論文主控電路中采用１１．０５９２ＭＨｚ晶振，滿足系統(tǒng)要求。外部復(fù)位電路采用可靠的ＲＣ復(fù)位電路，由于Ｐ８９Ｃ６６９ＦＡ內(nèi)部電路支持上電復(fù)位，所以其復(fù)位端口外接一個(gè)電容到ＶＣＣ。同時(shí)，復(fù)位電路還提供了手動(dòng)復(fù)位功能。由于本系統(tǒng)對(duì)時(shí)間精度要求較高，所以采用了使用外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘的方法即使用集成芯片ＲＸ－８０２５來實(shí)現(xiàn)此功能。ＲＸ－８０２５內(nèi)部集成了晶振，使用起來更加方便可靠，并且可以輸出３２．７６８ＫＨｚ的實(shí)時(shí)脈沖（本系統(tǒng)未用到）。ＲＸ一８０２５與Ｐ８９Ｃ６６９ＦＡ的通信采用１２Ｃ總線通信方式，通信速率４００Ｋ。３．２．２電力線載波通信電路硬件設(shè)計(jì)集中器電力線通信線路即下行線路。由于集中器需要采集變電站出口的三相電壓，所以和載波表的載波通信電路不同的是集中器有三路相同的電力載波通信電路，每路均采用ＰＬ３２０１做為信號(hào)的處理核心。ＰＬ３２０１做為載波信號(hào)的收發(fā)模塊通過串口和單片機(jī)使用串行通信，通信方式為半雙工。通信電路見圖３．１０。圖３．１０集中器電力線載波通信電路３．２．３集中器Ｍｏｄｅｍ通信電路硬件設(shè)計(jì)所有載波電表數(shù)據(jù)都要通過ＰＳＴＮ（公用電話網(wǎng)）傳送給主站抄表管理平臺(tái)。集中器通過Ｍｏｄｅｍ與抄表管理計(jì)算機(jī)通信，Ｍｏｄｅｍ有兩種方式：外置式和內(nèi)嵌式。考慮到集中器的小型化、集成化的要求，系統(tǒng)在此選擇了嵌入式集成Ｍｏｄｅｍ，型號(hào)為ＮＩ．ＥＭ５６Ｒ．２。ＮＩ．ＥＭ５６Ｒ．２的基本參數(shù)如下：（１）５６Ｋｂｐｓ／５Ｖ直流輸入／ＴＴＬ電平／并口傳輸ＭＯＤＥＭ（兼容其它ｍｏｄｅｍ）：低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（２）通訊及數(shù)據(jù)協(xié)議：ＩＴＵ．ＴＶ．９０／Ｋ５６Ｆｌｅｘ，Ｖ．３４，Ｖ．３２ｂｉｓ，Ｖ．３２，Ｖ．２２ｂｉｓ，ｖ．２２，ｖ．２３和ｖ．２１；Ｂｅｌｌ２１２Ａ和１０３：（３）（４）（５）（６）（７）（８）（９）傳真協(xié)議：Ｖ．１７ｖ撥號(hào)方式：數(shù)據(jù)糾錯(cuò)：工作模式：數(shù)據(jù)壓縮：指令系統(tǒng)：流控方式：ｖ．２９ｖ．２９ＴｅｒａｎｄＶ２１Ｃｈａｎｎｅｌ２傳真速度１４４００ｂｐｓ；音頻、脈沖；Ｖ．４２ＬＡＰＭａｎｄＭＮＰ２．４：全雙工和半雙工模式；Ｖ．４２ｂｉｓａｎｄＭＮＰ５：ＥＩＡ／ＴＩＡ５７８Ｃｌａｓｓ１Ｃｌａｓｓ２，兼容ＨａｙｓＡＴ指令集；軟件（ＸＯＮ／ＸＯＦＦ）或硬件（ＲＴＳ／ＣＴＳ）流控；Ｍｏｄｅｍ通信電路見圖３．１１。ｋ警ＩＩＺＤ－ＴＺｌ．－５知…啦啦Ｊ苧墼§匡鎏忙啦一：＿ｏＨ”ｒ曠壚伊圍３．１１簟中器Ｍｏｄｅｍ通信電路主控器與ＮＩ．ＥＭ５６Ｒ．２采用串行通信的方式傳輸數(shù)據(jù)，外部電話線接口直接接在ＮＩ－ＥＭ５６Ｒ．２的電話接口。３．２．４集中器軟件設(shè)計(jì)１．主控器工作流程集中器應(yīng)完成的抄表功能主要有三種：（１）與主站抄表管理計(jì)算機(jī)通訊，接受其指令，做應(yīng)答式的處理；（２）依據(jù)上位機(jī)下發(fā)的抄表間隔時(shí)間，定時(shí)的自主對(duì)用戶電表進(jìn)行抄收；（３）根據(jù)凍結(jié)指令的時(shí)間下發(fā)凍結(jié)指令。主控器的工作流程見圖３．１２。碩士學(xué)位論文田３．１２主控器工作流程２．集中器電力線載波通信流程集中器與載波電表的通信信道是低壓電力線，通信采用固定的幀格式，除去預(yù)同步頭的長(zhǎng)度，幀長(zhǎng)度為１２個(gè)字節(jié)。集中器首先向載波表發(fā)送讀表指令幀，載波表收到讀表指令后向集中器發(fā)送確認(rèn)幀和電量數(shù)據(jù)。如果其間有沒有指令返回的情況，將向上一級(jí)發(fā)出錯(cuò)誤信息，系統(tǒng)維護(hù)人員可根據(jù)具體情況進(jìn)行處理。流程見圖３．１３。圖３．１３集中器電力線載波通信流程低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)３．集中器Ｍｏｄｅｍ通信流程集中器與計(jì)算機(jī)的通信模型如果用ＯＳＩ參考模型來劃分可以化分成３層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。物理層和數(shù)據(jù)鏈路層由硬件規(guī)定，協(xié)議中不體現(xiàn)。協(xié)議中只包括應(yīng)用層的內(nèi)容。集中器與抄表管理計(jì)算機(jī)之間的通信規(guī)約采用定長(zhǎng)幀格式，幀長(zhǎng)度除去數(shù)據(jù)域?yàn)榭勺冮L(zhǎng)度外，其余為１４字節(jié)的定長(zhǎng)格式。抄表管理計(jì)算機(jī)與集中器的通信采用應(yīng)答方式以提高可靠性。抄表管理計(jì)算機(jī)的每一條指令集中器都給予回應(yīng)。集中器Ｍｏｄｅｍ通信流程見圖３．１４。圍３．１４集中器Ｍｏｄｅｍ通信流程４．集中器全抄工作方式流程該工作方式用于將集中器列表內(nèi)的全部信息上傳至主站抄表管理計(jì)算機(jī)，為避免由于一次上傳數(shù)據(jù)量過大而產(chǎn)生的錯(cuò)誤，全抄指令是分段執(zhí)行的，也就是每次上傳一定的數(shù)據(jù)量。該指令包含一個(gè)電表的表號(hào)（ＲＡＭ地址），集中器將這個(gè)地址后的內(nèi)容（即該電表的數(shù)據(jù)）全部上傳。集中器全抄工作方式流程見圖３．１５。碩士學(xué)位論文圖３．１５集中器全抄工作方式流程５．集中器點(diǎn)抄工作方式流程主站抄表管理計(jì)算機(jī)通過集中器進(jìn)行實(shí)時(shí)抄表，該指令包含了所要抄收的電表號(hào)，集中器收到該指令后，隨即在其內(nèi)存查找該表號(hào)，一旦找到馬上對(duì)其進(jìn)行抄收，并將抄收回的數(shù)據(jù)加上時(shí)間信息保存在內(nèi)存中，并上傳至主站抄表管理計(jì)算機(jī)。點(diǎn)抄指令的流程見圖３．１６。圖３．１６集中器點(diǎn)抄工作方式流程低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄襲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)６．集中器定時(shí)抄工作方式流程集中器的定時(shí)抄工作方式也就是自主抄收功能，這是為提高抄表成功率而采用的方法，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，抄表操作員可對(duì)集中器的抄表時(shí)間間隔進(jìn)行小時(shí)為單位的任意設(shè)定。當(dāng)上位機(jī)與集中器進(jìn)行通訊并下發(fā)指令后，計(jì)數(shù)器將清零，平時(shí)集中器則按照設(shè)定好的間隔時(shí)間，定時(shí)抄收電表數(shù)據(jù)，抄收到的數(shù)據(jù)存放于外部ＲＡＭ內(nèi)，等待主站抄表管理計(jì)算機(jī)取走。定時(shí)抄工作方式流程見圖３．１７。圖３．１７集中器定時(shí)抄工作方式流程３．３遠(yuǎn)程集抄網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)電力線載波集中抄表系統(tǒng)只能工作在同一個(gè)變電站的低壓側(cè)，當(dāng)距離比較近、用電負(fù)載變化不大時(shí)，可以只通過載波表和集中器實(shí)現(xiàn)集中抄表，示意圖見圖３．１８。實(shí)際上情況并非如此理想，因?yàn)槊媾R低壓載波信道高衰減、強(qiáng)干擾、波動(dòng)范圍大的復(fù)雜的通信環(huán)境；現(xiàn)在又不能期望一次回路采取隔離阻波等技術(shù)措施；國(guó)內(nèi)外載波通信芯片與模塊的物理層通信能力不能滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。所以通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觯捎帽碇欣^技術(shù)，幾乎成了我們唯一的選擇，這種技術(shù)命為拓?fù)渲欣^技術(shù)。碩士學(xué)位論文豳３．１８集中抄表系統(tǒng)示意圈拓?fù)渲欣^技術(shù)系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)在于：通過先驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觯瑴?zhǔn)確選擇實(shí)時(shí)可靠抄收的中繼節(jié)點(diǎn)，從而最有效地利用載波通信芯片或模塊的物理層通信能力，以幾何級(jí)數(shù)提高接收信噪比，既提高了整個(gè)系統(tǒng)抵御電網(wǎng)衰減的能力，又增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力，不僅可以大大提高抄收成功率，而且最大限度縮短了系統(tǒng)抄收時(shí)間。由于系統(tǒng)具有天文數(shù)字的系統(tǒng)冗余，所以可以確保系統(tǒng)任何時(shí)刻，都能實(shí)現(xiàn)１００％抄收。３３．１表中繼通信技術(shù)在低壓載波通信自動(dòng)抄表系統(tǒng)中，所有的電能表與集中器一樣，同時(shí)具有發(fā)生信號(hào)與接收信號(hào)的能力，也就是具有中繼通信能力。這種通過電能表中繼的通信方式，稱之為表中繼通信。表中繼通信將載波通信自動(dòng)抄表系統(tǒng)的通信模式，從物理層通信擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)層通信。從資源利用角度分析，表中繼通信充分利用了兩個(gè)人們忽略的資源。一是時(shí)間資源。現(xiàn)在的自動(dòng)集中抄表系統(tǒng)是一個(gè)非實(shí)時(shí)系統(tǒng)，對(duì)抄收的實(shí)時(shí)性要求不高，但具有數(shù)據(jù)同時(shí)性的要求。所以我們?cè)谧鱿到y(tǒng)方案設(shè)計(jì)時(shí)，在解決了數(shù)據(jù)同時(shí)性要求以后，就有充足的時(shí)間資源可以利用。我們可以通過中繼廣播通信，進(jìn)行表底電量?jī)鼋Y(jié)、分別中繼采集的方法，基本實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)實(shí)時(shí)采集。數(shù)據(jù)采集的同時(shí)性誤差一般只有幾分鐘，用戶是可以接受的。當(dāng)然中繼通信時(shí)間，比純物理層的直接通信，是成倍延長(zhǎng)了，但中繼通信可以借助中繼重發(fā)，按幾何級(jí)數(shù)提高接收設(shè)備的接收信噪比，大大提高通信成功率與可靠性。二是系統(tǒng)資源。低壓載波集抄系統(tǒng)上的通信節(jié)點(diǎn)數(shù)量是巨大的，安裝是密集的。每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)都可以作為后面更遠(yuǎn)通信節(jié)點(diǎn)的中繼器。只要能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觯侠磉x擇中繼節(jié)點(diǎn)，在“以上端為絕對(duì)主動(dòng)方的、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的半雙工”通信制式下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)２４小時(shí)１００％準(zhǔn)實(shí)時(shí)通信是可能的。３．３．２拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型構(gòu)建拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇往往與傳輸媒體的選擇及媒體訪問控制方法的確定緊密相關(guān)。在選擇網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該考慮的主要因素有下列幾點(diǎn)：（１）可靠性。盡可能提高可靠性，以保證所有數(shù)據(jù)流能準(zhǔn)確接收。還要考慮系統(tǒng)的可維護(hù)性，使故障檢測(cè)和故障隔離較為方便。（２）（３）費(fèi)用。建網(wǎng)時(shí)需考慮適合特定應(yīng)用的信道費(fèi)用和安裝費(fèi)用。靈活性。需要考慮系統(tǒng)在今后擴(kuò)展或改動(dòng)時(shí)，能容易地重新配置網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能方便地處理原有站點(diǎn)的刪除和新站點(diǎn)的加入。（４）響應(yīng)時(shí)間和吞吐量。要為用戶提供盡可能短的響應(yīng)時(shí)間和最大的吞吐量。考慮到載波抄表系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：（１）載波抄表系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)：集中器為三相供電（三相四線制），電力線載波通訊信號(hào)可以分別在三相Ａ—－Ｎ、Ｂ—－Ｎ、ｃ—＿Ｎ上傳輸。集中器一般安裝在配電變壓器的低壓側(cè)，從配電變壓器低壓側(cè)發(fā)散出來的三相四線進(jìn)入到其管轄的每家每戶：?jiǎn)蜗喙╇姷妮d波表在其所在相位進(jìn)行載波信號(hào)傳輸，三相供電的載波表一般選取某一相作為載波信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ馈Ｕ麄€(gè)低壓電力網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為無固定規(guī)律的發(fā)散狀的星形結(jié)構(gòu)或樹狀結(jié)構(gòu)。（２）載波抄表系統(tǒng)所應(yīng)具有的基本功能：系統(tǒng)所有電表（節(jié)點(diǎn)）安裝后，集中器能夠啟動(dòng)系統(tǒng)初始化過程，在系統(tǒng)初始化完成后，集中器能夠訪問系統(tǒng)中的所有電表（節(jié)點(diǎn)）。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)增加一個(gè)新的電表（節(jié)點(diǎn)），集中器可以自動(dòng)搜索并配置該新的電表（節(jié)點(diǎn)）。當(dāng)?shù)蛪弘娏€網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)改變時(shí)，集中器可以啟動(dòng)系統(tǒng)自適應(yīng)功能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)調(diào)整以保證整個(gè)系統(tǒng)的通信順暢。（３）電力載波通信媒介的局限性：低壓電力線網(wǎng)絡(luò)是非常惡劣的通信媒介，主要表現(xiàn)為：高能量的隨機(jī)噪音，隨機(jī)且不可預(yù)測(cè)的電力線負(fù)載變化、電力線負(fù)載變化具有很大的動(dòng)態(tài)范圍。上述因素決定了低壓電力線通信信道的嚴(yán)重噪音、載波信號(hào)的高衰減和高失真的特點(diǎn)，以及載波信號(hào)的衰減、失真和噪音強(qiáng)度具有時(shí)變的特點(diǎn)。低壓電力線網(wǎng)絡(luò)的這些特點(diǎn)導(dǎo)致了以下情況的發(fā)生：（１）某些電表（節(jié)點(diǎn)）不能被集中器直接訪問到，或者有時(shí)能被集中器直接訪問到，有時(shí)又不能被集中器直接訪問。碩士學(xué)位論文（２）低壓電力網(wǎng)時(shí)變的特性導(dǎo)致了采用專門的固定位置的路由，中繼器不能很好解決系統(tǒng)通訊的問題。（３）低壓載波抄表系統(tǒng)的通信物理媒介（集中器和電表（節(jié)點(diǎn)）構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)）是單一的總線型的低壓電力網(wǎng)，因此整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上會(huì)存在回傳信號(hào)和沖突及相撞的問題（計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的路由器一般上行和下行的物理媒介不同，因此網(wǎng)絡(luò)中不會(huì)存在信號(hào)回傳的問題，不用擔(dān)心信號(hào)沖突）。基于上述分析我們選擇樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)做為載波抄表網(wǎng)絡(luò)的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，樹形拓?fù)鋸目偩€拓?fù)溲葑兌鴣恚螤钕褚豢玫怪玫臉洌敹耸菢涓瑯涓韵聨Х种В總€(gè)分支還可再帶子分支。樹根接收各站點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后再?gòu)V播發(fā)送到全網(wǎng)。載波表樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖３．１９。圖３．１９載波表樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)低壓電力用戶遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)第４章主站抄表管理平臺(tái)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)４．１抄表軟件的功能模塊及數(shù)據(jù)流向主站抄表管理計(jì)算機(jī)的所有通訊都是針對(duì)操作集中器而言，通過對(duì)集中器的操作可以實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)以及指令的上下傳遞等控制操作。用戶電表的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)庫后，需實(shí)現(xiàn)對(duì)原始數(shù)據(jù)的各種處理，完成在第２章２．６節(jié)中所要求的功能。主站抄表軟件的功能模塊及下達(dá)抄表命令時(shí)數(shù)據(jù)流向圖見圖４．１。圖４．１抄表軟件功能模塊及下達(dá)命令時(shí)的數(shù)據(jù)流向４．２開發(fā)工具的選擇現(xiàn)在的軟件開發(fā)是一種龐大的集成，包括跨平