【本科优秀毕业设计】基于单片机的电力线远程抄表系统设计

毕业设计（论文）基于单片机的电力线远程抄表系统设计摘要随着国民经济和电力事业的迅速发展，一户一表制已基本普及，企业级的电力负荷监测、控制系统已在一些地区投入使用，取得了较好的效果。但低压电力用户由于数量多，地域分布广，电力公司的抄表工作量相当大。因此采用新的技术手段，利用本地和远程自动抄表技术，完成自动抄表并达到实时监控电能表计的目的，同时减少人工上门抄表、数据输入等繁杂又容易出错的劳动，提高工作效率，真正做到用电管理自动化，远程集中抄表系统就成为电力公司解决抄表问题的一种选择。本文旨在提供一种利用低压电力供电网络、低成本、高可靠地实现公共事业收费自动化和小区物业管理智能化的技术应用。本文讨论了数据采集器和数据集中器的软硬件设计，并对低压电力线网络的特性等进行了分析。在分析扩频通信的基本原理的基础上，较详细地介绍了电力载波远程抄表系统的具体实现方案，包括硬件模块和管理软件。关键词低压电力线网络集中抄表集中器远程抄表ABSTRACTWITHTHEDEVELOPMENTOFECONOMY,THECONSUMPTIONOFELECTRICALPOWERHASGREATLYINCREASEDBECAUSEOFTHEGREATAMOUNTANDWIDESPREADOFTHEPOWERCONSUMERS,THEWORKLOADOFMETERREADINGBECOMESBURDENSOMEREMOTECONCENTRATEDMETERREADINGSYSTEMISAGOODSOLUTIONFORTHISPROBLEMAMRSCANHELPUSREDUCETHEWORKLOADOFMETERREADINGIMPROVEWORKEFFICIENCYANDREALIZETHEMANAGEMENTAUTOMATIZATIONTECHNIQUEOFTRANSMITTINGDATAVIAPOWERLINEPL，ANEWTECHNIQUEDEVELOPEDINRECENTYEARS，ISUSEDTOAUTOMOTIVETHEFREECOLLECTINGSYSTEMINPUBLICSERVICEANDTHEMANAGEMENTOFUPTOWNSERVICEOTHISARTICLEDISCUSSEDTHEADVANTAGE,DISADVANTAGEANDTHECURRENTSTATEOFTHEPOWERLINECARRIERCOMMUNICATIONTHEADVANTAGE，METHODANDCURRENTSTATEOFUSINGSPREADSPECTRUMTECHNIQUEINPOWERLINECOMMUNICATIONAREDISCUSSEDTHENTHECHARACTERISTICOFLOWVOLTAGEPOWERNETWORKWASALSOCOMPENDIOUSANALYZED。INTHISPAPER,AFTERINTRODUCINGTHEPRINCIPLEOFSSC,DESIGNOFHARDWAREANDSOFTWAREOFTHESYSTEMAREBEENDISCUSSEDTHESYSTEMHASBEENPUTINTOUSE,THERESULTHASPROVEDITSHIGHSTABILITYANDRELIABILITYKEYWORDSLOWVOLTAGEPOWERNETWORKCOLLECTMETERREADINGSYSTEMCOLLECTORREMOTEMETERREADING目录摘要IABSTRACTII第1章绪论111课题背景1111远程抄表系统的研究背景1112智能远程抄表系统2113远程抄表采用低压电力线载波通信网212国内外技术研究现状及发展趋势313论文的主要内容4第2章远程自动抄表系统的构成及功能521远程抄表系统的构成522系统工作原理6221集中器6222数据采集终端8223载波电表10224主站1223本章小结13第3章系统硬件设计1531对主要单片机的介绍1532数据采集器1733数据集中器1934本章小结19第4章系统的软件设计2141数据采集器的软件设计21411主程序21412数据采集与处理子程序2142数据集中器的软件设计25421主程序设计26422电源管理程序的设计2743本章小结27结论29参考文献31附录133附录239附录343附录457致谢59第1章绪论11课题背景111远程抄表系统的研究背景从十九世纪七十年代贝尔发明电话到今天信息高速公路的建设，一百多年来，通信技术己经发生了翻天覆地的变化，特别是近年来，随着微电子技术和计算机技术的高速发展，通信技术更是日新月异。迅速发展的通信技术已经成为人们生活不可缺少的一部分1。随着城乡电网改造工程的深入和电力市场改革的深化，要求用电管理、配电管理实现智能化、自动化和科学化，配电网的自动抄表系统是用电营业管理自动化的一个重要手段和组成部分。通过自动抄表可以实现自动、集中、定时地抄录各用户的电量，迅速统计低压实时线损，通过银行向各用户自动完成转账收款、电费结算，为供电部门的用电监察提供服务。当配网电力市场开放时，提供更多的户信息和市场信息。因此自动抄表系统是迈向配电自动化的第一步。远程集中抄表技术是利用现代通信技术和计算机技术，结合电能表技术，实现电力企业减人增效、提高经济效益的技术措施和手段。集中抄表的媒介可以有低压电力线、双绞线、同轴电缆等。目前，大部分建筑物内的防火、防盗、空调等系统都是基于双绞线、同轴电缆或光缆等物理媒介进行通信的。这些通信线路，虽然通信容量较大，但造价高、维护难，尤其对老建筑物的改造更加不易。相反只要有建筑就会有电力线，利用电力线进行通信可以大大地减少投资和对线路的维护成本，电力线自动抄表系统的成本低，免去了重新架设线路的麻烦，而且可最大限度地发挥电力系统的优势。电力部门利用电力线传输数据可达到“四遥”水平，即遥测,遥信、遥控、遥调，这样可节约大量的人力、物力和财力。因此，电力线远程抄表是最符合电力系统特点的自动抄表方案，本论文将详细论述关键部分的工作原理112智能远程抄表系统智能远程抄表系统基本解决了人工抄表和一般自动抄表系统的难题，数字终端数字终端调制调制放大放大滤波滤波耦合变压器耦合变压器不但能够实现水、电、气表的远程查抄、计量和收费等功能，还具有通断控制功能控制中心需取得通断控制的合法权限，同时在系统中增加了各种防护措施，包括防断线、防强磁干扰、防开启等，能够自动检测断线、强磁干扰、非法检修等状态，并由管理中心计算机显示2。此外智能采集器预留多个数字采集端口，可采集住户的若干报警信息并通过软件处理报警信息，为其他系统的集成进入如安全防护系统留有接口。智能远程抄表系统的优越性在于只要有用水、电、气的地方，就需要计费结算，通过集中计费系统，可以在不必进入住户住宅的情况下实现完整、合理的分摊与结算，并降低抄取数据的费用由于从读数设备到帐单打印全部采用严密的电子数据传输，避免了人为读数错误，增强用户对计费计算的信任度，避免了烦琐的走访式抄表，减少了对用户的干扰。113远程抄表采用低压电力线载波通信网自动抄表系统中的通信系统，有很多方式,本论文采用低压电力载波通信方式低压电力线载波通信网,利用低压电力线作为AMR系统的底层数据通道运行成本低,无疑是很方便的。其通信的基本原理如图11所示。图11低压电力线载波通信基本原理220VAC在发送数据时，发送器先将数据调制到一高频载波上，再经过功率放大后通过藕合电路藕合到电力线上。信号频带一般为50KHZ300KHZ，峰值电压不超过L0V，因此不会对电力线路造成不良影响。此高频信号经线路传输到接收方，接收机通过藕合电路将高频信号分离出来，滤去干扰信号后放大，再经解调电路还原成二进制数字信号。低压电力线载波通信网的系统结构同RS485系统结构，采用总线结构。在同一变压器台区下，一个集中器采集若干个采集器或电能表的数据，构成一个总线型网。12国内外技术研究现状及发展趋势电力公司为了商业收费而进行的抄表工作可以追溯到L00多年前。早期的力一法是抄表员走家串户，读取用户表计的数据，并记录在抄表记录本上由此生成用户缴费所需的帐单。当抄表系统采用通信、网络和计算机技术后，使得抄表系统可实现手持终端抄表，车载无线电抄表以及全自动抄表AMR,AUTOMATICMETERREADING。到日前为止，常见的抄表方式有如下几种3人工抄表由抄表员人工读取用户表计的数据并记录在抄表记录本上。早期，是人工计算用户的用电量、用水量或用气量并生成帐单。后来，随着电脑的广泛应用，采用电脑来加速帐单的生成和防止人为的错误。这种基本的方式100多年来一直在使用。手持终端手持电脑人工抄表这种方法可以将表计的数据人工读出并录入手持终端，生成帐单。有些手持终端还够“聪明”可以向抄表员批示抄表路线，指示与表计有关的特殊信息如某个院子有恶狗，提示抄表员可能出现错误如用电量超出正常范围、电表反转等功能。手持终端手持电脑自动抄表当各表计具有红外通信、无线电通信、RS232C,RS485、电力线载波通信等接口时，手持终端可以通过通信接口自动读取表计的数据。这种方式在表计难以接近如表计被锁在室内、表计附近有恶狗时特别有用。车载无线电抄表通过小功率无线电收发器进行表计和手持电脑或车载电脑的通信，抄读表计的数据，降低了抄表过程的工作量。自动抄表AUTOMATICMETERREADING全自动抄表是指抄表主站MASTERSTATION通过通信通道如电话网、无线电通信、电力线载波PLC通信、有线电视电缆通信、光纤电缆通信、专用线路通信等自动地读取每一只表计的数据，通过遥测、传输和计算机系统汇总到营业部门，代替人工抄表及一连串后续工作。用于电力系统的自动抄表系统按其用途分类，主要有用于抄读低压电力用户表计的抄表系统和用于抄读变电站发电厂关口及大用户表计的抄表系统。目前低压用户集中抄表系统主要完成电能量数据的自动采集和处理，为电能量计费和用电管理系统提供准确的数据。13论文的主要内容论文比较系统的讨论了基于单片机的电力线远程抄表系统的原理，主要进行了硬件方便的设计，主要讨论的内容有以下三点1研究了远程抄表的工作过程,采用低压电力线传输。2分析了电力线远程抄表系统的构成、原理以及功能。3详细阐述了数据采集器和数据集中器的软硬件设计。用户载波表系统主站集中器市话线台变载波采集终端图21低压电力线载波自动抄表系统框图第2章远程自动抄表系统的构成及功能本章系统介绍远程自动抄表的实现过程，电表采用的是载波电表，利用低压电力线传输，集中器与系统主机的连接是通过PSTN（公共电话网络），这样能有效减少重新架设传输线路，有效的利用即有网络实现通信，节省了人力，物力，财力。21远程抄表系统的构成系统构成框图如图21所示。采用用户载波表加载波采集终端，即可进行电力线载波通信功能的操作，完成电能计量、电压和功率测量等集中器挂接在同一台配变器下的电力线上，根据设置的要求定时或随时通过电力线抄收台变下所有载波表的测量数据并保存主站计算机可通过电话网或其他通信媒介对集中器发布设置、广播命令或抄表命令，对集中器进行综通信媒介接口模块自适应控制电路电力线载波通信处理接口CPU工作状态显示大容量数据存储区系统硬件时钟本地通信接口线路抗EMI保护和电源管理模块合数据的抄收，对集中器下的任一台载波电表进行召抄或通断电控制，从而实现远程抄表和监控功能，极大减少电力部门的劳动力，提高社会效益和经济效益为电力管理上等级和现代化管理水平的提高打下坚实的基础4。22系统工作原理221集中器数据集中器在抄表系统中起着很重要的作用，工作原理如图22所示。图22集中器工作原理框图集中器根据已设置好的不同的抄表方案对各载波电表实现双向数据传送，具有内部硬时钟可与系统进行广播校时，并实施定时抄表命令，存储抄表数据，可通过各种网络媒介与主站完成数据交换。集中器的作用是将配变台区载波电能表连成本地网络，能自动抄录数据采集终端及载波单表的数据，集中并存储。通过抄表器或电话线将数据传输给电力局的计算机中心。从图22可看出，数据集中器是由CPU,RAM、直流电源5、指示电路及接口组成，是一个能通过载波接口及RS232接口与外界通信的单片机系统。下面简要介绍各组成部分1直流电源利用220V交流电降压后，经整流、滤波、稳压后分别得到24V,5V2指示电路指出数据集中器工作是否正常、欠压。3主机由CPU,RAM以及附加电路组成运行程序，完成各项功能。4接口电路具有RS232接口、载波通信接口、RS485接口两个接口电路。其中RS232接口和RS485接口是通过电缆进行抄表器通信、计算机通信。载波通信接口是利用电力线与载波单表、采集终端进行载波通信。工作原理，CPU与RAM的工作原理与一般的计算机系统类似，这里主要介绍接口的工作原理。1RS232接口6由9脚D型插座与外部设备联系，D型插座所有脚上的信号电平都是EIA电平“0”3V15V,“1”3V15V。这种电平，经过几十米导线传输衰减后，仍能区分“1”或“0”，而TTL/CMOS电平经导线传输衰减后很难区分“1”或“0”。所以，凡是数据集中器输出到D型插座的信号RTS,TD,DTR需将TTL/CMOS电平转换成EIA电平，凡从D型插座输入给数据集中器的信号DCD,RD,RI，CTS需将EIA电平转换成TTL/CMOS电平。电平转换是RS232接口的第一个功能。RS232接口的第二个功能是传递通信的应答信号，以便步调一致，顺利地通信。2MODEM功能EIA电平在30M距离内传输，衰减后仍能辨认，所以数据集中器与抄表器之间通信，只需通过D型插座将它们相连就行了。由于直接相连，应答信号可以免去，只需发送数据、接收数据、地线三根线相连就可以了。超过30M距离就不用专用线了、一般借用电话线7。但电话线只能传输模拟信号，通带很窄303KHZ，而数据集中器与计算机中传递的都是数字信号“1”与“0”其跳变部分含有很高的频率成分。如在电话线上直接传输数字信号，将产生很大的失真，无法区分“1”与“0”造成数据传输出错。为了能用电话线传输数字信号，在发送端必须先将数字信号“1”与“0”转换成2KHZ与1KHZ的音频信号属于模拟信号，在电话线的通带范围之内，再调制到电话系统的载波上，沿电话线传输出去，在接收端再进行反变换，将模拟信号还原成数字信号“1”与“0”数据集中器将数据调制电流控制振荡器正弦波发生器ALC功放图23载波通信发送电路C0R0数字输入传送计算机。这个任务是MODEM来完成。发送端的MODEM是将数字信号变换成模拟信号、接收端的MODEM是将模拟信号变换成数字信号。3载波通信接口本接口的核心是电力线载波通信集成电路。在发送状态时，它把数字信号调制成调频信号而发送到电力线上8。在接收状态时，它能从电力线上接收微弱的调频信号，经限幅放大后，解调成数字信号，滤去高频谐波噪声等，再整形成数字信号。A、发送电路当TXIRX输入端为“1”时，集成电路处于发送状态，其框图如图23所示。数字信号经调制器去控制电流控制振荡器，将“1”和“0”分别变成65KHZ与679KHZ的三角波，经正弦波发生器整形成正弦波，经自动电平控制ALC到功放输出。电流控制振荡器的中心频率FO65KHZ，由CO粗调，RO细调。ALC实现输出幅度自动调节，当负载阻抗很高时，ALC将锁相环低通滤波器比较器脉冲噪声虑波器集电器开路电路I/O载波信号图24载波通信接收电路限幅放大用户1用户2用户1616脉冲输入及整形电路选通电路选通电路主机红外通信接口载波通信接口附加电路18户916户P减少驱动，当负载阻抗低时，ALC提供大的驱动，本芯片发送电流可达60MAPPE输出电压幅度由负载阻抗和输出电流决定。如输出电流不够在传输距离远，负载阻抗低时可外接功率放大器。B、接收电路。当TXIRX端输入“0”时，集成电路处于接收状态。框图如图24所示。222数据采集终端数据采集终端是一个测量电表用电量的单片机系统9，如下图25所示。其中主机是核心，程序存在主机CPU中。由于单元式公寓一个单元大多为1014户，所以数据采集终端设计为16户。表计输出的采样脉冲，经过输入电路实现信号电平转换，再经施密特电路整形变换成方波，以满足图25数据采集终端单片机对输入信号的要求。因为单片机的P门只能通8路数据，所以16路脉冲，要采用分时制，先通18路，再通916路，故需要经过一个选通电路。附加电路,为确保数据采集终端安全可靠地运行10，除上述主要组成部分之外，还有许多附加电路，如看门狗、掉电检测、实时时钟、状态指示电路、蜂鸣器、片外EPROM等。数据保护是数据采集终端的关键问题之一。采用看门狗电路、系统复位电路和上、掉电检测电路，就是为了保护数据。实时时钟电路提供时间年、月、日、时、分、秒。状态指示电路，用以指示数据采集终端的运行状态，分三种A,正常运行时，短路片断开，“底度”指示灯闪烁。B、常亮设置参数时除外或常暗，表示数据采集终端工作不正常。C、设置参数时，短路片接通，“底度”指示灯常亮。数据采集终端内装有备份电池，停电时为时钟芯片供电，以保持时间正确。“欠压”指示灯亮时，表示电池电压低，应换新电池。片外EPROM各户的表号、电表常数、底度、功率限额等参数及整数值用电量，都保存于这个EPROM中。停电时，这些数据也能长期保持。223载波电表载波电能表的工作原理如图26所示。载波电表的组成，以CPU为核心，由RAM、电量转换电路、接口、直流电源等构成一个单片机系统，如下图27所示。1直流电源，从220V交流电压经变压器降压，整流、滤波及稳压后得到24V,5V,24V供载波电路用，5V供其他电路用电。2主机，程序存在CPU内的EPROM中，RAM用于存放用户的用电数据。其任务是A,每当电表正转转过一圈，CPU就累计电量11，并存入EPROMB,接收抄表器发来的参数、表号，存入EPROMC,与数据集中器进行载波通信。电力载波发射单元电力载波接收单元电能停电保护通,断电控制单元本地调试接口抗EMI保护线路及电源管理电能正,反向计量装置电力线检测收发控制CPU硬件看门狗电路本章开始提到了数字电表，它的工作原理这里不做赘述，鉴于目前居民用表的情况，本论文中采用载波电表，其实现方式也比较简单。接口介绍，1电量转换电路它的作用是电能表每正转一圈，发出一个脉冲，供CPU计数。如图28所示A,B为光电头，由它采样脉冲。遮光片经过槽一次产生一个脉冲，CPU计数。而电表反转时由潜动、抖动等因素造成，计度器也反转使数采集终端读数比表计窗口示值大，造成多计，读数不准。为了解决因潜动等造成的多计。采用双光电头采样电路来判别是正转还是反转，正转产生的脉冲计数，反转产生的脉冲便记下个数A46V255D235信号高电平46A29V235D148信号抖动状态29VA25V148D128信号低电平25VA07V128D36短路07VA0V36D0对于信号发生抖动其实是一种临界状态，处在高低电平之间，在处理时直接将其剔除，等到下一采集周期重新进行采样并判断。通信中断子程序，通信中断程序负责与集中器的通信并执行数据集中器下达的各项指令，如图43所示。在接收集中器命令帧时，为了防止长期处于侦听接收数据状态，进而影响对电表的采集过程，所以对接收过程进行计时，从数据集中器唤醒数据采集器开始250MS内数据未接收到或通讯字节接收时间间隔超过25MS，则终止此次通讯。当数据接收完毕之后，需对命令帧进行检验，保证命令帧的可靠性。通过以下步骤实现检验报头，检验报文长度、累加校验报文、检验报尾。任何一步检验报错均视为干扰信号并中断检验，返回到主程序中。只有以上四个步骤的检验都通过，才确认为正确的命令帧。对通过校验的不同命令帧，数据采集器处理方法有所不同，但差别不大，均需经历以下几步检验命令所指采集器地址与采集器地址是否一致通过总线读取存储器，获取所需表的抄收数据根据规定的应答帧格式建立应答帧通过RS485总线向数据集中器发送应答帧返回主程序。存储器操作子程序，存储器操作子程序包括对28C256的读操作和写操作。读操作是在向数据集中器发送应答帧时进行的，写操作是在数据采集上来并处理好后进行的，这部分非常重要，因为系统一旦工作后，记录的数据是绝对不能丢失的。系统初始化处理命令帧C6命令帧C4命令帧C3命令帧对命令帧进行判断C2命令帧图43通信中断子程序流程图NYYN串口接收使能开，等待接收数据判断250MS内是否收到命令校验命令帧是否正确延时子程序，据采集器工作时，很多情况下需要延时环节。在通道A/D转换期间，对通道的操作都会引起模数转换中断，造成无法获得模数转换结果。因此，程序设计中的延时子程序相当重要，延时子程序的延时时间必须足够大，但又不能过大，以免影响整个系统的运行速度。对于长时间延时，一般采用循环来实现42数据集中器的软件设计数据集中器的软件功能同样有很多子程序实现14，其中的通信中断子程序、存储器操作子程序、延时子程序都与数据采集器的子程序相同，在此只对其主程序和电源管理子程序作一介绍。调用通信中断子程序与上位机进行通信调用中断通信子程序与数据采集模块通讯图45主程序流程图NYNNYY是否已到15分钟是否收到上位机通讯请求连续对N个采集器进行数据采集开始系统初始化读取存储器中的该集中器地址接收上位机，屏蔽下位机，打开通讯中断是否收到数据采集模块通讯请求421主程序设计主程序负责轮询16个数据采集器，对采集数据进行处理和存储，同时响应管理中心和IC卡抄表器的命令，主程序流程图如图45所示由于89C51只有一个串口，而系统既要与上位机通信15，又要与下位机通信，在设计时采取的措施是接收或发送上位机时，下位机屏蔽接收或发送下位机时，位机屏蔽。其中通信中断子程序1用来接收和解析管理中心下传的命令并执行相应操作，如开户时对采集器初始化表底数，上传电表表数据等操作，其操作和数据采集器的通信中断子程序类似通信中断子程序2用来接收抄表器命令并上传抄表数据，其操作和数据采集器的存储器操作子程序类似。422电源管理程序的设计电源管理程序是对电源模块进行管理，程序流程图如图46所示电源管理程序主要负责检测蓄电池的电压16，根据电平高低进行恒流、恒压、浮充充电，充电过程中的各种状态由两个指示灯显示。YELLOWLED亮表示恒流充电YELLOWLED间隔亮表示恒压充电GREENLED亮表示浮充充电GREENLED闪亮表示浮充放置。43本章小结在本章中，对数据采集器和数据集中器进行了软件设计，给出了软件流程图，另外，还作出了电源管理的程序流程图，来进一步增强系统的控制能力，使远程抄表系统的功能进一步完善。启动恒压充电启动恒流充电启动浮充充电进入放置状态YYNNNYNNYNY图46电源管理流程图电压低于148V电压低于14V电压低于122V检测到220V电源吗检测到蓄电池吗检测铅酸蓄电池电压开始结论低压电力线载波自动抄表系统适用于电力部门对居民区、工厂、变电所等用电区域或者居住小区、工厂内部用电状态数据的管理。它具有远程自动采集，数据集中，交费管理，用电统计分析，复合监测以及综合查询等项功能，对电力部门推进配电自动化，实现规划中的分时计费方案有着重大意义。本系统具有技术水平高、可靠性好、数据准确、适应性强、功能全、模块体积小、功耗低，系统操作界面简单易懂、安装维护方便。就现在的方案来说电力远程集中抄表用到了自动控制技术，通信技术，程序设计以及数据库技术，整个系统是比较完善的。这套系统的使用极大地减少电力部门的劳动量，为电力企业上等级和创优必将起很大的作用，同时提高了电力系统的现代化管理水平，有很好的社会效益和经济效益，对系统稍加扩充，便可完成对煤气表、自来水表的自动抄收，从而推进智能化小区的建设。但是，我们也应该清醒地认识到，从我国集中抄表系统的整体发展水平来看，要满足大面积推广使用的的要求，在系统的可靠性及数据传输质量上还有待进一步的提高。成都电业局于1998年在本市一些片区投入3000多万元推出集中远程抄表系统，收到了较好的成效。但在运行中也发现了一些问题，如与集中器连网的电话线有时出现故障，而且系统的维护量较大，有时抄表成功率不高，而且相应的电表也比较贵。这些需要电力科技工作者不断努力，拿出更好的产品回报社会。我们相信，随着这项技术的不断应用和改进，必将对电力系统减人增效、提高劳动生产率，保证电表抄收的及时性和正确性，防止窃电，加快电费的回收等方面提供有效的技术手段。可以预见该技术有着广泛的发展前景。特别是对中国加入WTO迎接国际化市场竞争，有着深远的现实意义。参考文献1胡蓉，胡科。智能抄表系统技术的研究进展成都电子机械高等专科学校学报，2004313172刘志中，孙丽芳住宅小区远程抄表系统的实现电脑开发与应用，200248103赵兴勇，远程自动抄表系统研究电力学报，200015卷1期4李治、黄璐、赵伟，利用其他领域成果，推动白动抄表进步电测与仪表，2001,3811595WEDEPOHL,LM“PROPAGATIONOFCARRIERSIGNALSINHOMOGENEOUS,NONHOMOGENEOUSANDMIXEDMULTICONDUCTORSYSTEMS“IEEPROCEEDINGS,VOLUME115,NO1，JANUARY1998,PP1791866杨宏业、张跃、吕芳自动抄表系统中通信方案的现状与展望电测与仪表2001年第8期7李建歧，吕自动抄表系统中通信技术方案的探讨华北电力技术N0219998TOMDTAMARKINAUTOMATICMETERREADINGPOWERMAGAZINEVOLUME50，NUMBER591020009TECHNOLOGICALCHALLENGESOFPOEWERLINETELECOMMUNICATIONMICHAEL,NO11FEBRUARY5,200210马颜德小区智能抄表软件的设计智能建筑，20035384011曹国朗，魏柳钦等远程自动抄表技术供用电，20025454712郑涛，张保会利用低压电力线传输数据存在的技术问题及对策电网技术，200422444713田秀华低压电力线扩频载波远程抄表系统的研究信息技术，20036495114杨宏业，张跃等自动抄表系统中通信方案的现状与展望电测与仪，2001881215贾磊远程集中抄表系统在中国市场的应用及存在的问题智能建筑与城市信息，20046454716钟道昌，姜丽华基于RS485/422总线和电话线载波的电能表远程抄表系统测控技术，2001106466附录1燕山大学本科毕业设计（论文）开题报告课题名称单片机的电力线远程抄表系统课题性质实际课题来源实际学院（系）里仁学院专业电子信息工程年级2003级学生姓名张雷指导教师练秋生2007年3月20日一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义从十九世纪七十年代贝尔发明电话到今天信息高速公路的建设，一百多年来，通信技术己经发生了翻天覆地的变化，特别是近年来，随着微电子技术和计算机技术的高速发展，通信技术更是日新月异。迅速发展的通信技术已经成为人们生活不可缺少的一部分。随着城乡电网改造工程的深入和电力市场改革的深化，要求用电管理、配电管理实现智能化、自动化和科学化，配电网的自动抄表系统是用电营业管理自动化的一个重要手段和组成部分。通过自动抄表可以实现自动、集中、定时地抄录各用户的电量，迅速统计低压实时线损，通过银行向各用户自动完成转账收款、电费结算，为供电部门的用电监察提供服务。当配网电力市场开放时，提供更多的户信息和市场信息。因此自动抄表系统是迈向配电自动化的第一步。远程集中抄表技术是利用现代通信技术和计算机技术，结合电能表技术，实现电力企业减人增效、提高经济效益的技术措施和手段。目前，远程集中抄表技术REMOTECONCENTRATEDMETERREADINGSYSTEM,RCMRS主要有专线通信技术和电力线载波通信技术。专线通信技术作为常规方法，其特点是通信稳定性好但是需铺设专用通信线路，存在施工量大、综合成本高、维护费用高、旧城区施工难度大等问题，难以大规模应用。电力线载波通信技术采用配电网络本身固有的电力线作为通信介质，具有充分利用现有资源、易施工、综合成本低、不受环境条件限制等优点。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题本论文的基本内容是远程抄表的工作原理拟解决的主要问题1利用扩频通信技术来实现低压电力线传输。2系统中数据采集模块的软硬件设计。3系统中数据集中器的软硬件设计。三、研究步骤、方法及措施阅读相关书籍，借助网络资源查阅相关资料,初步了解远程抄表系统,了解了主要功能部件的工作原理,工作的重点放在数据采集和数据传输方面因为课题的方向是民用,所以采用低压电力线载波,便对低压电力线的通信方式进行了研究,掌握了低压电力线通信的详细资料选用合适的单片机对数据采集端进行硬件设计,进一步了解了89C51单片机的各个参数,引角功能,并在此基础上进行了软件的设计对数据集中器进行设计,结合数据集中器的功能进行软件设计对上述部分进行统一安排,编写论文四、研究工作进度14周查阅资料,熟悉研究内容58周设计系统总框图,对重点功能部件重点研究912周硬件设计1316周软件设计1718周撰写论文五、主要参考文献1贾磊远程集中抄表系统在中国市场的应用及存在的问题智能建筑与城市信息，2004645472胡蓉，胡科。智能抄表系统技术的研究进展成都电子机械高等专科学校学报，2004313173刘志中，孙丽芳住宅小区远程抄表系统的实现电脑开发与应用，200248104赵兴勇，远程自动抄表系统研究电力学报，200015卷1期5李治、黄璐、赵伟，利用其他领域成果，推动白动抄表进步电测与仪表，2001,3811596WEDEPOHL,LM“PROPAGATIONOFCARRIERSIGNALSINHOMOGENEOUS,NONHOMOGENEOUSANDMIXEDMULTICONDUCTORSYSTEMS“IEEPROCEEDINGS,VOLUME115,NO1，JANUARY1968,PP1791867杨宏业、张跃、吕芳自动抄表系统中通信方案的现状与展望电测与仪表2001年第8期8李建歧，吕自动抄表系统中通信技术方案的探讨华北电力技术N0219999TOMDTAMARKINAUTOMATICMETERREADINGPOWERMAGAZINEVOLUME50，NUMBER5910199210TECHNOLOGICALCHALLENGESOFPOEWERLINETELECOMMUNICATIONMICHAEL,NO11FEBRUARY5,200211马颜德小区智能抄表软件的设计智能建筑，20035384012曹国朗，魏柳钦等远程自动抄表技术供用电，20025454713郑涛，张保会利用低压电力线传输数据存在的技术问题及对策电网技术，200422444714田秀华低压电力线扩频载波远程抄表系统的研究信息技术，20036495115杨宏业，张跃等自动抄表系统中通信方案的现状与展望电测与仪，2001881216钟道昌，姜丽华基于RS485/422总线和电话线载波的电能表远程抄表系统测控技术，2001106466六、导师意见指导教师（签字）年月日七、审核意见审查结果1、通过；2、完善后通过；3、未通过负责人（签字）年月附录2燕山大学本科毕业设计（论文）文献综述课题名称基于单片机的电力线远程抄表系统设计课题性质实际课题来源实际学院（系）里仁学院专业电子信息工程年级03级学生姓名张雷指导教师练秋生2007年3月30日一、课题国内外现状电能是使用最为广泛的一种能源，涉及国民经济所有领域和人民生活的方方面面。随着我国经济的高速发展，电力工业得到了迅猛发展，电网的负荷结构越来越复杂，对配网调度自动化和管理自动化提出了新的要求。提高供电质量，提高供电的可靠性实施高效准确的抄收系统已是当务之急。目前电能无法大量储存，其生产、传输和使用必须在同一时间内进行。因此，电力行业要实现电力计量、负荷控制、继电保护、电力调度故障检测和故障隔离等综合功能的智能化是电力行业发展的迫切需要，要实现这一系列功能只有采用计算机技术及相关新技术。而电能计量管理系统是其它现代化系统实现的基础，目前在美国、日本已经实施。但是由于电网不同、国情不同，美、日的先进技术无法在我国电网采用，而且目前国内也还没有成熟的技术提供电力部门使用。为此，电力部门近期提出“两网改造”和“城镇一户一表”工程的任务。这为我国实现低压电网的管理现代化提供了广阔的空间，许多科研部门和企业开始在这方面做出努力。二、研究主要成果在远程抄表的实现过程中，主要的单片机用到了89C51，采用低压电力线载波传输，利用扩频通信技术，以宽带传输信息来换取信噪比，来较好的实现信息传送。在硬件方面，给出了采集终端和数据集中器的电路框图，并在此基础上进行了软件流程的设计。经证实，系统能很好的运行。三、发展趋势我国的低压电能供应都是以配电变压器为一个台区单元，在配电变压器和用户之间不使用任何独立的中继通信设备或专用信道，直接利用低压电力线构成与低压电网系统结构相对应的用户电能表终端配变集中器营业站电能抄算主机组网的远程抄表系统，我们认为这符合低压远抄系统的主流发展方向，因而具有推广应用前景。四、存在问题低压电力线载波时会产生很大的干扰噪声，因此，如何将噪声降低，达到最好的通信效率，这将是一个技术难点。五、主要参考文献1贾磊远程集中抄表系统在中国市场的应用及存在的问题智能建筑与城市信息，2004645472胡蓉，胡科。智能抄表系统技术的研究进展成都电子机械高等专科学校学报，2004313173刘志中，孙丽芳住宅小区远程抄表系统的实现电脑开发与应用，200248104赵兴勇，远程自动抄表系统研究电力学报，200015卷1期5李治、黄璐、赵伟，利用其他领域成果，推动白动抄表进步电测与仪表，2001,3811596WEDEPOHL,LM“PROPAGATIONOFCARRIERSIGNALSINHOMOGENEOUS,NONHOMOGENEOUSANDMIXEDMULTICONDUCTORSYSTEMS“IEEPROCEEDINGS,VOLUME115,NO1，JANUARY1968,PP1791867杨宏业、张跃、吕芳自动抄表系统中通信方案的现状与展望电测与仪表2001年第8期8李建歧，吕自动抄表系统中通信技术方案的探讨华北电力技术N0219999TOMDTAMARKINAUTOMATICMETERREADINGPOWERMAGAZINEVOLUME50，NUMBER5910199210TECHNOLOGICALCHALLENGESOFPOEWERLINETELECOMMUNICATIONMICHAEL,NO11FEBRUARY5,200211马颜德小区智能抄表软件的设计智能建筑，20035384012曹国朗，魏柳钦等远程自动抄表技术供用电，20025454713郑涛，张保会利用低压电力线传输数据存在的技术问题及对策电网技术，200422444714田秀华低压电力线扩频载波远程抄表系统的研究信息技术，20036495115杨宏业，张跃等自动抄表系统中通信方案的现状与展望电测与仪，2001881216钟道昌，姜丽华基于RS485/422总线和电话线载波的电能表远程抄表系统测控技术，2001106466附录3中文翻译自动抄表系统本发明关于自动抄表更具体地说,本发明关于一种自动系统,中心服务器通过无线射频发送命令，来远程控制一定数量的电表。发明的背景历史上,用表计量电能,水,天然气等的使用,机械电表仅仅是被使用被抄录,因此,阅读这些表要求人抄表要去现场读仪表和手动文件记录显然,这种方式非常依赖人为干预,因此,非常费财,费时,而且容易出现人为错误随着表的数量的增加，甚至超过数百万，在时间和财务上将不再允许人为抄表。对此,各种传感装置已用于自动抄表和电子数据的存储当中这些传感装置,通常光学,磁力或光电性质,和电表连接在一起记录电表数据。此外,测量表已配备射频RF收发机和控制装置,数据射频连接时,按照主机的命令作出回应手提式装置已配备射频收发器，与电表的射频收发器进行数据交换这些手提式仪器,使人类抄表干脆步行到水表的位置,通过一个射频链路发送请求读,等待回应,从水表的传感器和传输部分得到数据,然后手工记录或存储电子仪表数据同样,抄表器已发展为驱动的记录系统正像装备了无线射频的手提设备一样人为依赖用户的位置,与之相比自动抄表系统有更好的应用前景。而且，电表通过无线网络上传的电表数据将被直接存储为电子数据,虽然这种方法可改善经前处理方法,但仍然需要大量的人为干预和时间最近,有了共同努力完成的抄表安装固定通信网络,将使数据从采集直到主机系统无需人为干预这些固定通信网经营利用有线或无线电技术1，传统固定通信网络自动抄表AMR的技术固定通信网技术需用大约10米先连成一个广域网WAN，组成一个合适的通信介质,包括普通电话线,或电力线路。这种办法的一个缺点是,当一批数据传送至仪表,几乎在同一时间,与固有的潜伏在广域网的数据包碰撞,数据丢失,为完善整个系统为确保在各种干扰因素下数据能正常传送到中央电脑,启用各种管理机制,以确保提供可靠的数据不过,这种方法可能适合于小系统,它并不适用于有成千上百万块电表的电路。为了更好的管理信息传输,其中仪表控制装置类似于前述已经排定传送仪表数据以及通过广域网接到中央计算机由次数限制的抄表指令传送在特定的时间内,中央控制计算机传送同步数据但是,额外的干扰会进一步破坏数据的完整性,但由于种种干扰的影响虽然这些做法可能有助于消除需要人力抄表所以可行性有待验证,以求寻找最好的方法因此,无线电技术也往往是好的选择,因为其较高的数据传输速率和独立的互连网络最新自动抄表系统曾利用射频通信,从固定源通常中央电脑,直接到安装在电表上的射频接收器电表的响应类似于早先的电线传输。这些办法的不利之处是,因为响应的同时进行而产生太多的干扰影响数据的传输,虽然这些办法能减少一些广域网信息流量,他们仍无法用于连接大量的电表。值得注意的是有线系统通常使用一个单一频道,并允许通过变电站的变压器,以防止干扰数据会干扰数据从一站到另一站的传输这个内置的装置,使时分复用较少,与无线系统相比典型的固定网络无线电系统还采用了单通道数据读取,该系统没有天然类似于变压器功能的设备另外,固有的潜伏干扰大大降低了时分复用通信系统的效率所以该系统需要精密的管理计划,以达到最佳的利用因此,需要存在提供了一种可靠的能精确读取数据的仪表,在没有任何明显的人为干预的情况下能够精确的进行数据的读取,以及其他的高效率设备以保证数据的准确传输发明概述本发明提供一个自动抄表系统具有服务器主机接口,多个节点,每个节点连接一些公用用表首选,该系统有一个选择方式选拔一批无干扰的节点而存在一个射频广播频道,从服务器主机选通与选定小组着手读表,然后连接这些节点和上传仪表的数据,这个射频广播频道,可以是一个现有频道,目前正在用于管理该系统还具有双向沟通连接一个广域网之间的服务器主机,或是节点更突出的一点,该服务器主机从100万台仪表接收读入数据,不超过5分钟。另一个特点,该系统还具有多个关口,每个连接相当数量的节点。该系统可筛选一个干扰小的关口,和另一个个射频传输通道,与服务器主机连接，读取仪表数据,传送到主机服务器这第二个射频广播频道,可以是一个现有通道,也可以是控制通道。本发明进一步提供了利用一种射频通道自动读取仪表的方法该方法包括的步骤有选定一些的无干扰的节点选定第一组给第一组的每个节点一个读取命令选定第二组给第二组的每个节点一个读取命令。另一个特点,各节点可以通过不通的关口到达主机，这种方法还包括优先选择一个没有干扰的节点，传输抄表数据到管理中心,选择第二个节点，通过每个关口将存储的数据传送至主机。这个特点还包括将计量表连接到主机下边具有拓扑结构的各节点上，每个节点被连接至少一个关口，这样，各节点就更能方便的组成一个无干扰的节点群，关口也是一样。另一方面,每个的多元性节点更方便的接收无线信号和服务器主机继续发送命令通过关口启动计量表工作。另一个方面,每个的多元性关口可方便的通过无线通道连接主机，并通过无线通道对数据进行上传。本发明进一步满足这些需求提供了一种自动读多元化测量一个AMR系统组成步骤选择一个节点指定为沟通大门分组选定的节点,形成群体无干扰的节点形成集网关等,每个网关一套具有个门户指示器保持拓扑数据库,非常确定为每个电表一套,网关节点和标记到水表读取量度基于SET,网关节点和标记另一方面,该方法还包括一步发起抄表命令并传输信息通过一个射频通道到每组无干扰的的节点另一个特点,该方法还包括启动上传仪表数据，顺序上传数据通过射频通道到每组无干扰的的节点。本发明将得到更好的理解,其对象多,优势会逐步显现，参照以下详细描述了当前发明,其中包括1说明了传统的固定通信网的自动抄表技术2根据目前的发明显示自动抄表系统框图3包括根据该本发明,显示自动抄表系统中的选择关口电路框图4说明了网络节点和网关为无干扰的。5说明通讯连接一套网关服务区自动抄表系统6具体说明了,服务器主机命令哪些节点读表，数据存储在哪些关口选取这些节点，关口的依据是什么。7说明了,一个服务器主机指令节点和网关上传仪表数据,对同时传送时的情况也做了说明。8说明了一个服务器主机指令节点和网关上传仪表数据,采用群体无干扰的网关进行传输的具体步骤。详细描述突出的特点图2给出了一个用利无线技术的自动抄表系统的框图，该系统包括多种服务器,广域网WAN多种可选网关接口，节点和数量众多的计量表。服务器可能是任何普及个人电脑或小型电脑服务器基于一个通信协议有权使用无线射频，保持路由算法和最终地址数据库的电脑。广域网可能的任何公共或私人网络和任何基于通信技术的网络。传输速率至少约288KBPS。所在服务器接口与通过双向联系，例如，至少少约56KBPS基于互联网协议。多元化节点接口可双向沟通,例如沟通使用IP,在串行链路速率至少约96KBPS。其主要特点是节点可以和数量众多的计量表相连，不如说电子计量表，基于通信协议上的数据率约在10千比特水和煤气表,通信协议最好用速率约128BPS，单一包件丛节点到计量表速率约9375KBPS，必要避碰,单包回应。如图所示2,所在服务器直接与节点经一射频无线通道无线通道可调频FM按照通道道协议,以速率约12千比特传输，应该认识到,其他渠道的定义可被用和发明是不局限于定义,这些例子说明如下图3显示本发明是一个多元化的网关方法减少连接节点数量，在这个例子中,每个网关服务一组网关接口节点SESA因此,对一组节点仅连接一个WAN,一个网关通过两条传输线通WAN相连。突出的特点,通信干线用的IP串行链路至少约288KBPS的多元化的节点接口与每个网关途经双向通道连接其特点,无线连接可能使用,例如ACK/NAK的协议利用无线通道至少约96千比特每个节点是GI接口,有多数电表。对电子表,信协议最好速率约在10千比特水和煤气表,通信协议最好速率约128BPS，单一通信而节点改用节点及关口,服务器能方便的通过无线通道向节点发送命令。应该认识到,这提高了服务器主机同节点的连接速率。但当节点传输数据时，WAN可能处于忙的状态，直到WAN的连接数目增长才可以。应该清楚的是，主机有更多的结构，那么就能更快的适应通信协议的改变。如图3所示服务器直接