一, 設(shè)計(jì)背景 1.遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表簡(jiǎn)介: 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)就是一種可以自動(dòng)采集和記錄電力系統(tǒng)客戶負(fù)荷的用電情況,并且通過(guò)一定的通信方式,自動(dòng)將記錄的數(shù)據(jù)和客戶信息通過(guò)信道傳回電力用電管理中心,并由系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,自動(dòng)完成電力系統(tǒng)用電客戶的電能量計(jì)費(fèi)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(shù)據(jù)與集中器之間的通信通過(guò)電力線載波技術(shù)來(lái)完成. 3.基于電力線載波通信遠(yuǎn)程自動(dòng)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(shè)備組成.集中器安裝于輸電變壓器附近,用來(lái)抄收采集終端采集普通電能表的數(shù)據(jù),利用撥號(hào),Internet 等多種信道送到抄表中心,并將抄表中心的命令傳輸?shù)讲杉K端. 4. 低壓電力線載波的遠(yuǎn)程抄表的優(yōu)點(diǎn): 利用現(xiàn)有的電力線作為通信介質(zhì),進(jìn)行遠(yuǎn)程抄表和實(shí)時(shí)監(jiān)控是一種高新技術(shù),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(cuò),加強(qiáng)用戶管理,而且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理工作的全面自動(dòng)化,是電力部門實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表的發(fā)展趨勢(shì),具有廣闊的應(yīng)用前景,以其低廉的成本成為市場(chǎng)的首選技術(shù).而且通信技術(shù),計(jì)算機(jī)技術(shù)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(yuǎn)程抄表系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難點(diǎn): 低壓電力線載波通信的通信距離和通信質(zhì)量是系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn).影響電力線載波傳輸質(zhì)量的主要因素有:電力網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性,衰減特性及噪聲的干擾.前兩者制約信號(hào)的傳輸距離,后者決定數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)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(jī)接入很多的用電設(shè)備,部分會(huì)產(chǎn)生很大的干擾.如開關(guān)電源,變頻設(shè)備等.部分可能對(duì)載波信號(hào)的衰減很大. （2） 線路的阻抗隨時(shí)間變化.由于低壓電力線上的用電設(shè)備接入有很大的隨機(jī)性, 而每個(gè)用電設(shè)備在線路上都是衰減源,從而使得線路上的阻抗呈動(dòng)態(tài)變化,這使得線路上的設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)時(shí)阻抗無(wú)法與線路匹配,造成信號(hào)反射和注入線路信號(hào)減弱,直接影響傳輸?shù)馁|(zhì)量. （3） 傳輸?shù)馁|(zhì)量隨時(shí)間變化,由于干擾,衰減和線路阻抗是動(dòng)態(tài)變化的,所以不同時(shí)段的傳輸質(zhì)量有很大的差異. （4） 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸存在不確定性.就低壓電力線路上的兩個(gè)設(shè)備而言,其傳輸?shù)某晒εc否是隨時(shí)間變化的,在用電低谷調(diào)制的信號(hào)可以被傳輸?shù)暮苓h(yuǎn),兩個(gè)設(shè)備可以直接通訊,而在用電高峰調(diào)制信號(hào)很快被衰減,并受到很強(qiáng)的干擾,兩個(gè)設(shè)備可能不能直接 通訊. 二, 設(shè)計(jì)目標(biāo) 1. 實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù). b） 設(shè)置功能,包括抄表時(shí)間設(shè)置,固定中繼設(shè)置. c） 通信功能,集中器接收上位機(jī)下載數(shù)據(jù). d） 數(shù)據(jù)處理,包括數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),凍結(jié). e） 校時(shí)功能,可通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)校時(shí),調(diào)整時(shí)間誤差. f） 中繼功能,增加傳輸距離. 2. 引進(jìn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ,增強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,可維護(hù)性和可擴(kuò)展性. 一般的嵌入式軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都是采用前后臺(tái)式的設(shè)計(jì)方法,前臺(tái)程序是實(shí)時(shí)中斷程序,用來(lái)處理異步事件.后臺(tái)程序是一個(gè)無(wú)限的循環(huán),循環(huán)中調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成相應(yīng)的操作.系統(tǒng)在處理信息及時(shí)性上,比實(shí)際上可以做到的要差;當(dāng)系統(tǒng)任務(wù)多時(shí),要實(shí)現(xiàn)多個(gè)任務(wù)實(shí)時(shí)操作的傳統(tǒng)方法是采用多級(jí)嵌套來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)任務(wù)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(wù)之間信息交換困難.前后臺(tái)設(shè)計(jì)方法一般采用全局變量的方法來(lái)解決統(tǒng)訊問(wèn)題,情況復(fù)雜時(shí)容易出錯(cuò),如果調(diào)用不當(dāng)就會(huì)發(fā) 生死鎖. 3. 采用嵌入式Internet技術(shù),通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)集中器和主站的通信. 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,Internet 技術(shù)成為信息交換的重要途徑.在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口,為用戶提供更友好的操作界面. 4. 實(shí)現(xiàn)一種自動(dòng)中繼算法,彌補(bǔ)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(duì)于系統(tǒng)的擴(kuò)展和系統(tǒng)的維護(hù)都有很大的缺陷.我們擬實(shí)現(xiàn)一種自動(dòng)中繼的算法,當(dāng)電力通信不能可靠完成時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的中繼,從而增加系統(tǒng)的一次抄表成功率. 三, 設(shè)計(jì)框圖 集中器本身由主控單元,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元,時(shí)鐘單元,載波通信單元,數(shù)據(jù)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(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控,與上位機(jī)采集終端通信,數(shù)據(jù)存儲(chǔ),系統(tǒng)配置功能. 電話MODEM單元主要利用公用電話網(wǎng)和集中器通信.上位機(jī)通過(guò)公用電話網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶數(shù)據(jù)抄收,系統(tǒng)較時(shí)和系統(tǒng)設(shè)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(shù)據(jù)的調(diào)制和解調(diào)功能.我們采用意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的電力MODEM芯片ST7538作為調(diào)制解調(diào)器;電力線接口單元主要完成調(diào)制后的數(shù)據(jù)與電力線的耦合. 紅外模塊單元主要是用來(lái)系統(tǒng)的初始配置功能,在上位機(jī)和集中器遠(yuǎn)程通信受阻時(shí),允許工作人員通過(guò)紅外模塊完成數(shù)據(jù)的抄收等功能. 網(wǎng)絡(luò)接口模塊主要是用來(lái)完成上位機(jī)通過(guò)公用Internet網(wǎng)絡(luò)和集中器通信的功能,采用嵌入式WEB技術(shù),為用戶提供更友好的操作界面. 四, 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 為了提高項(xiàng)目的開發(fā)進(jìn)度,我們采用英蓓特公司生產(chǎn)的Embest STR912 開發(fā)板作為開發(fā)調(diào)試的主控板,利用開發(fā)板上面的網(wǎng)絡(luò)接口和串口接口模塊進(jìn)行調(diào)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(shí)驗(yàn)板上面實(shí)現(xiàn).利用開發(fā)板和實(shí)驗(yàn)板構(gòu)建了一個(gè)簡(jiǎn)易的開發(fā)平臺(tái),設(shè)計(jì)和驗(yàn)證系統(tǒng)功能.目前正在調(diào)試主控板和實(shí)驗(yàn)板上面電力線模塊之間的通信.