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精品文档重 庆 理 工 大 学毕 业 设 计（论文）开 题 报 告题 目：无线远程电力抄表系统设计 二级学院 电 子 信 息 与 自 动 化 学 院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 108070402 姓 名 姓 名 学 号 1080704000000 指导教师 姓 名 教研室主任 时 间 2012年1月13日 2012年5月20日 1、本课题的研究目的及意义随着人们生活水平的不断提高以及供水、电、气部门对“一户一表”工程改造的推进和对自动化的要求, 家居智能化得到了高速发展，远程自动抄表系统已成为水、电、气自动化管理和智能化控制不可缺少的组成部分。因电表数据抄送的准确性、及时性直接影响着电力系统的信息化水平、甚至管理决策、经济效益。所以，在电力系统的信息化过程中,户表数据的自动抄送具有十分重要的意义，同时也是行业单位迫切想要解决的问题。传统的手工抄表耗时、费力，准确性和及时性得不到可靠的保障，这导致了相关营销和企业管理类软件不能获得足够详细和准确的原始数据。一般人工抄表都按月抄表，对于用户计量来说是可行的，但对于相关供应部门进行更深层次的分析和管理决策却不够,行业的实际需求催生着自动抄表系统的技术和应用的不断发展。目前抄表基本有两种数据传输方式，有线数据传输和无线数据传输。如果用有线来传递数据，技术简单、成熟，易于实现，但施工布线工作量大，网线易受人为破坏，线路损坏后，故障点不易查找。而无线系统具有施工简单、组网灵活、成本低、系统好维护、故障易查找等优势，因此无线抄表将成为市场对超低功耗、超远距离的无线技术的迫切需求。因此，对无线抄表系统的研究和普及应用有着重要的意义。2、本人对课题任务书提出的任务要求及实现目标的可行性分析课题任务要求：1、了解并掌握远程电力抄表系统工作原理；2、了解并掌握无线通信系统的基本原理；3、完成基于无线通信系统的远程电力抄表系统方案设计。可行性分析：由于自动抄表系统的理论和技术国外在这方面研究比较早，己比较成熟，在发达国家如美国、日本、英国等基本都实现了自动远程抄表。自动抄表系统中关键要解决的问题是数据通讯问题。现阶段远程集中抄表系统中的通讯方式主要分为有线信道通讯、无线信道通讯和电力线载波信道通讯。有线信道集中抄表系统：通常由一个采集终端通过RS-485总线采集几十块电能表的数据，电能表为具有RS-485输出口的电子表或加装电能量数据采集模块的机械表。采集终端通过专用电缆(如专用电话线)或RS-485总线，将采集的电能量数据送入集中器进进行数据集中和处理，抄收区域较大时多个集中器可以级联，一般由最上一级集中器通过调制解调器接入公用电话网，由此传送到供电企业的电能量抄收中心，一些多功能电能表亦可直接经KS-485与集中器连接。无线信道集中抄表系统：它是在每块电能表内安装一块微处理芯片，负责收集和存储电能表的累计电能量，另安装一个微型无线收、发信机。 电力公司的抄表员通常持车载式无线抄表器，到各个区域(半径为lkm左右)进行分区集中抄表，然后回到电力公司将抄录的数据输入到数据处理机进行集中处理。这种系统的每块电能表附加成本较高，且只能为收费提供数据，不能提供用电管理所需的实时信息。在我国，为减少投资，一般采用相对集中的收、发信方式。 用采集终端通过电缆采集16块左右电能表的数据，并进行集中处理和存储。采集终端内安装一个无线收发模块。手持抄表器或移动式车载抄表器通过本身的收、发信机抄录各采集终端中存储的数块到数十块电能表数据，然后将数据信息、录入中央数据处理机集中处理。这种方式的无线抄表系统曾有一段时间在一些地区使用。电力线载波集中抄表系统：直接利用高压电力线作为信息传输通道已有数十年历史。到70年代，美国出现能源危机后，在引进西欧音频电力负荷控制系统的基础上开发研制出载波电力负荷监控及抄表系统。80年代，以色列研制成低压电力线载波集中抄表技术，1993年首次来华进行技术交流。其主要特点是：在每块机械表中安装一块采集 模块，完成对电能量信息的采集和处理，具有单向通信功能，把各分散的电能表的电能量数据通过低压配电线传到接在同一低压配电网上的若干数据集中器，然后通 过手持抄收机或公用电话网将收集到的配电小区内所有电能表的电能量数据传送到用电管理中心。当通信质量不佳时，可在电能表和集中器间加装双向通信中继器，进行数据采集和中继放大。我国从1993年后开始研制载波方式集中抄表系统。1996年后开始出现一些试验系统。由于低压配电网是以配电变压器为中心构成的区域供电网络，以此为通信信道的载波集中抄表系统的结构也是以配电变压器为单元，对区域内的用户电能量数据进行采集和集中处理。除了以上几种主要的通讯方式外，还有有线电视网通信方式，Intemet网通信方式，GPRS通信方式等一些较新的通信方式。 我国远程集中抄表系统现状：目前国内常用的集中数据采集系统的模式有：低压电力线载波方式、RS-485总线方式、公用电话线通信方式。低压电力线载波方式，是目前研究的热点之一，国际国内均有广泛研究，它的优点是无需另外布线，所以安装简单，不受各种管理规定的限制，表上存有数据，系统出现故障时也不会影响计量，所以颇受供电管理部门的青睐，这种方式基本上步入实用阶段，但还存在许多值得探讨的地方。RS- 485总线作为一种多点差分数据传输的电气规范规，已成为业界应用最为广泛的标准通信接口之一这种通信接口允许在简单的一对双绞线上进行多点双向通信， 它所具有的噪声抑制能力、数据传输速率、电缆长度及可靠性使其能够很好的满足工业控制领域要求目前低压电力抄表系统中大多数都是采用RS-485总线作为数据传输通道。基于现阶段无线远程电力抄表系统的技术及国内现况，以及自己专业特点，我决定采取电力载波抄表系统。因为电力载波抄表直接利用高压电力线作为信息传输通道，与自己专业方面相靠拢，可以使自己在设计过程中更加得手，再者也希望通过这次毕业设计，让我对大学专业知识有更加深刻的认识。预期目标：完成无线远程电力抄表系统设计，包括系统的结构分析及系统软、硬件设计。完成毕业设计论文。3、本课题的关键问题及解决问题的思路课题的关键问题：1、 无线通信系统组成和特点2、 无线远程电力抄表系统结构3、 电力载波抄表技术概况问题解决思路：1.无线通信系统组成：发送设备变换器（换能器）：将被发送的信息变换为电信号。发射机：将换能器输出的电信号变为强度足够的高频电振荡。天线：将高频电振荡变成电磁波向传输媒质辐射。传输媒体电磁波接收设备接收天线：将空间传播到其上的电磁波高频电振荡。接收机：高频电振荡 电信号。变换器（换能器）：将电信号变换为所传送信息。特点：随着科学技术的发展，无线通信技术得到了迅速发展，但无线通信技术在发展的过程中也出现了一系列的问题，遇到了很多技术上的阻碍，目前我国正逐渐进3G时代，无线通信技术在我国得到了快速的发展。以下分析了无线通信技术的各自特点及发展趋势。WiFi的技术和产品已经相当成熟，而且大批量生产。该技术适用于无线局域网，作为有线网络的延伸，对于特殊地点宽带应用，尽管WiFi技术应用非常广泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隐患，WiFi采用的是射频（RF）技术，通过空气发送和接收数据。由于无线网络使用无线电波传输数据信号，所以非常容易受到来自外界的攻击，黑客可以比较轻易地在电波的覆盖范围内盗取数据甚至进入未受保护的公司内部局域网。 WiMax是一个先进的技术，推出相对较晚，存在频率复用性小、利用率低的问题，但由于最近才完成标准化，该技术的大规模推广还需要实践考验。从应用前景看，该技术可以在较大范围内满足上网要求，覆盖可以包括室外和室内，可以进行大面积的信号覆盖，甚至只要少数基站就可以实现全城覆盖。WiMax由于其技术的先进性和超远的传输距离，一直被业界看好，是未来移动技术的发展方向，并提供优良的最后一公里网络接人服务。 WMN是正在研究中的技术，在研究中不断地在不同方面结合各种技术的特点进行融合，而且暂时没有一个成熟的产品系列来支持该技术的大规模应用。从应用前景看，WMN这一新兴网络不仅在无线宽带接人中有着广阔的应用空间，在其他方面如结合数据、图像采集模块可以对目标对象进行监控或数据采集，并广泛应用到环境检测、工业、交通等领域。 3G于1996年提出标准，2000年完成包括上层协议在内的完整标准的制订工作。3G网络部署已具备相当的实践经验，有一成套建网的理论，包括对网络的链路预算、传播模型预算以及计算机仿真等。从商用前景看，目前，3G在部分地区已得到大规模的商业应用，比如欧洲很多国家、日本、韩国等都已经建设了3G的网络。3G技术已经进人可以实用的阶段，还有很多国家和地区正在建设或将要建设3G网络。 本地多点分布业务系统LMDS是一种提供点对多点通信的固定宽带无线接人技术，其工作频率在20GHZ以上，利用毫米波传输，可在一定的范围内提供数字双工语音、数据、因特网和视频业务，是一种非常好的宽带固定无线接入解决方案。在最优情况下，距离可达8公里；但是由于受降雨的原因，距离通常限于1.5公里。 MMDS的主要缺点是有阻塞问题且信号质量易受天气变化的影响，可用频带亦不够宽，最多不超过200MHz。其次，MMDS对传输路径要求非常严格。由于MMDS采用的调制技术主要是相移键控PsK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度调制QAM调制技术，无法做到非视距传输，在目前复杂的城市环境下难以推广应用。另外，MMDS没有统一的国际标准，各厂家的设备存在兼容性问题。数字集群系统具有很多优点，它的频谱利用率有很大提高，可进一步提高集群系统的用户容量；它提高了信号抗信道衰落的能力，使无线传输质量变好；由于使用了发展成熟的数字加密理论和实用技术，所以对数字系统来说，保密性也有很大改善。点对点微波通信的优势主要体现在以下几个方面：第一，可以降低运营商的运营成本。与租用线路相比，微波系统的投资只要一年左右即可收回。第二，微波传输系统部署简洁快速。与传统的传输手段相比，其快速部署的优势可以更快地满足新业务发展的需要。第三，目前的微波产品对未来的发展是有保障的，对于运营商的新业务和新需求都可以给予很好的支撑。未来，微波传输系统将升级到全IP的平台之上，可以全面支持运营商未来的发展。卫星通信技术分析：利用卫星在有些人口不很密集的地区来配合陆地通信。在这些地区散布着范围较广但不密集的用户，可以利用卫星作为用户连至固定有线网的接人设施。在陆地通信网已经构成宽带多媒体通信网的环境下，利用卫星建成宽带卫星接入系统是比较好而切合实际的方案，经济又可靠。 2.无线远程电力抄表系统由电能表、数据采集器、集中器和监控中心四个部分构成，结构示意图如下图一、系统结构图3.电力载波抄表技术概况国外的电力线载波抄表技术已基本成熟，国内有很多公司对电力线载波抄表技术有相对的掌握、开发，全国有很多地区已经使用了电力线载波抄表，低压电力线载波远程自动抄表技术是一项实现难度大、应用前景广的新技术。电力线通信在集抄方案中的应用已有几十年的历史，在欧美等地区使用效果非常好。除了在海外使用外，尽管人们关注度非常高，但在中国本地还没有取得明显的成绩。简单来说，其中最大的障碍之一是其通信的稳定可靠性，这是所有基于载波抄表方案必须解决的一个迫切问题，而且在解决这个问题时，不能提高解决方案成本。 目前，集抄方案通信方式主要是有线或无线。电力线通信或RS-485专线通信属于有线连接，而无线集抄方案在通信中不要求既有物理硬件，因此极具吸引力。这两种连接方式各有自己的优点，适合特定的环境。电力线通信的独特之处在于它可适应任何新的基础设施。简而言之，电力线通信方式具有无线技术的灵活性，但又由电力公司自己所有。在电表集抄方面，电力载波经历了十多年的发展，到目前基本成熟。电力载波最大的优势就是可以利用无所不在的电力线网络作为通信媒介，这是世界上分布范围最广的、最现成的通信资源。并且构建抄表系统简洁，成本低廉，如果技术成熟，将是电表抄表系统的最佳通信资源。 自2003年开始，电力载波抄表的应用进入到快速增长的阶段。相对于其他通信方式，方便快捷、免除人工与信道使用及维护成本是电力载波的最大优势，因此，其发展前景是非常值得期待的。随着电力载波通信物理层调制/解调与纠错技术的不断发展以及半导体集成规模的不断扩大，采用复杂数字信号处理技术的超大规模电力载波通信集成电路所能达到的抗干扰能力与其前几代产品相比，有了极大提高。通过信道频带自适应技术，维持相邻通信节点间的可靠传输已经完全可以达到。有了上述基础，通过载波通信集成电路内嵌的网络传输/控制协议，实现以配电变压器为单位的网络内无障碍数据传输(抄表)已经进入到实用化阶段。 目前市场上的主要电力载波通信芯片大部分都是国外厂家的产品，它们在设计之初更多是考虑短距离的高速数据通信应用，因此并不适用于远程抄表；其次，高昂的售价也是限制其大量应用的重要因素。目前，国内应用载波抄表方案需要解决两个关键问题：任意相邻节点的物理层通信保障能力与具有帧中继控制的网络传输协议，而如不采用高度集成的SoC解决方案是难以实现的。因此，真正能够在国内电力线载波通信应用解决方案中脱颖而出的，将是那些采用先进的数字信号处理与信道编码技术、并能够对通信频带做自适应选择的窄带调制/解调方式；其次，芯片内部具有嵌入式微处理器来进行网络传输与信息安全控制也是专用电力载波通信芯片必须具备的特征。4、完成本课题所需的工作条件（如工具书、计算机、实验、调研等）及解决办法工具书： 1吴建军. 远程电力抄表系统国内外研究现状综述.铜仁职业技术学院学报,2007(05):23 2李川智能化远程抄表系统的研制武汉理工大学学报200830(16) 3李晋，严小文构建新一代电能量计量系统主站平台电力设备20045(8) 4周长虹，刘敬彪智能抄表系统的设计和实现现代电子技术2004(5) 5王晓兰，赵忠彪，刘伟平基于CAN/RS-485双层网络的远程抄表系统设