基于低压电力线载波的远程自动抄表系统.pdf

基于低 压电力线载波的远 程 自动抄表 系统彭昱 基于低压 电力线载波 的远程 自动抄 表系统 Th e s y s t e m o f Re mo t e Au t o ma t i c Re a d i n g Me t e r B a s e d o n L o w Vo l t a g e E l e c t r i c L i n e Ca r r i e r Co mmu n i c a t i O n 彭 昱 ( 大连大学附属 中山医院，辽宁大连1 1 6 0 0 1 ) 摘要 针对抄表 系统的数据量 以及低压电力线载波通信的特点，设计 了一种利 用低压 电力线载波 通信技术的远程 自动抄表 系统 ，系统利 用 M B U S总线、电力载波和 G P R S构成整 个数据采 集和传输链 路 ；并阐述 了系统的硬件结构和软件 流程 。该 系统具有结构简单，成本低 的特点，适用于小区实现远程 智能化抄表。 关键词 电力线载波；扩频 ；远程抄表 中图分类号T N 9 6 6 文献标识码 B 引言 低压 电力线载波 ( P L C)通信是指利用现有的 低压配电线 ( 3 8 0 V 2 2 0 V电力线)作为传输媒介， 实现数据传递和信息交换 的一种技术。目前， 我国在城市和农村地区都已经建立了完善的电力 线路 网络 ，利用 已有 的照 明或动力 电线 网络进行 信息的传 输 ，不需 要额 外铺 设专 用 的通 信线 路 ， 降低 了工程成本 ，因此 低压 电力线 载波通信 已成 为一种重要的低成本通信技术。 然而 ，由于低压电力 线在设计 之初并 不是为 了进行 通信 而设计 的 ，因此用 它作 为通信 信道 ， 存在着一些不利于信号传输的特性，如信号衰减 大 、干扰特 性 强 以及 强 时 变 性 等。另外 ，低 压 电力通 信 的信道 无 法 承受 高 的传输 速 率 ，因此 其 不能承 载语音 或 图像 数 据 ，但某 些 低速 率 的 数据传输 如传感器或测量 仪表 的数据集 中采 集 ，可 以利用家 家户户 现有 的照 明 电力线 进 行 载波传输 ，节省传输信道资源 ，降低系统建设 成本 。 本文介绍了一种基于扩频通信芯片 S C 1 1 2 8搭 建的对住户水表和 电表 的远程 自动抄表 系统 ，该 系统利 用现有 的低压 电力线 网络作 为通 信链路 ， 具有较高的可靠性和稳定性。在对小区进行 自动 化抄表改造 中具有 良好 的成效 ，降低 了人力 物力 的成本。 4 - - 6 七-O r 七七 七 4- 女 电 4- 七 414 - 七 七 ( 接上页) 参考文献 ： 1 李森主编，董镇，郭肇新，程立副主编 在线分析仪 器手册 北 京 ：化学工业 出版社 2 0 0 8 9：9 5 2 李昌厚 紫外可见分光光度计 北京：化学工业出版 社 2 0 0 5 4 ：1 2 6 3 郑朝 晖，刘文清，谢品华，王亚萍，张玉均 ，刘 建 国烟道 s 0 浓度的紫外差分吸收光谱法测量研究， 光电子 激光，第 1 1卷第 6期 2 0 0 0 ( 1 2 ) ：6 1 4 6 1 7 4 汤光华，许传龙，邵礼堂，李式民差分吸收光谱法 在线测量烟气浓度试验研究 仪器仪表学报 ，第 2 9 卷第 2期 2 0 0 8 ( 0 2 ) ：2 4 42 4 9 5 国家环境保护行业标准H J T 7 6 2 0 0 7固定污染 源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法 6 【 苏联 】O 季审柯主编，张鄂 ，游俊魁译 仪 器仪 表 零 部 件 设 计 北 京：机 械 工业 出版 社， 1 98 5：2 40 1 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 仪器仪表与分析监测2 0 1 3年第 2期 1 系统构成与功能 3 系统硬件设计 本系统采用分层结构 ，水表 ( 电表)到管理 中 心的上位机之间采用采集器和集 中器两级的数据 汇聚，其底层包括表端 、采集器 ，中间层 为低 压 电力线网络和集中器 ，上层包括 G P R S传输和上位 机。本文表端以水表为例，系统构成如图 1 所示 。 闻 网 1 I 图 1 远程抄表 系统构成 以小 区为单位 ，每 栋居 民楼 1个 采集 器 ，1 个小 区使用 1个集中器。采集器与表端通过 M B U S总线通信 ，通 信协 议 采用 C JT 1 8 82 0 0 4 户用计量仪表数据传输技术条件，采集器 与集 中器通 过低 压 电力 线传 输 数据 ，集 中器 再通 过 G P R S网络将数 据传输 给远 程 的上 位机 ，进行数 据统计处理 。 采集器对用户水量信息进行周期性轮询采集 ， 并且存储采集的数据。集 中器是上位机 和采集器 之问的桥梁 ，负责对各采集器传送 的水表数据进 行收集 、处理和存 储。当管理 中心需要更新用户 水表数据时 ，集 中器接收上位机 的指令并控制采 集器进行采集。 2 低压 电力线信道特点 低压电力线传输高频小能量 的载波通信信号 时 ，主要存在以下几种问题 ： 1 ) 线 路 衰 减 ，这 主要 由 热 功 耗 及 辐 射 引 起 的： 2 )阻抗不匹配造成的通信信号折反射； 3 )多径传播引起的信号衰落； 4 )噪声干扰，主要包含 电力线噪声 、背景噪 声、单次冲击噪声等。 正是因为上述特点 ，阻碍了低压电力线载波通 信技术在现实生活中的应用，因此，如何 提高信噪 比，如何减小衰减成为了主要问题。 - 1 4 - 3 1 采集器设计 采集器采用 A T 8 9 C 5 1 单 片机作为控制器 ，外 围电路包含 M B U S转 R S 2 3 2模块、数据存储器 A T 2 4 C 1 6 、电源转 换 电路 以及 电力线 载波收发 电 路。结构图如图 2所示。 J R s 2叫32啭II A T 89Cu5 1 一l I J l I I 一 l 聂 l I f 存 储 器 I I 三 竺!I 图 2采集 器 结 构 图 存储的数据格式为表号 ( 4 B y t e s )+流量数据 ( 5 B y t e s )+时间( 1 B y t e ) ， 表号用 HE X表示 ，流量 数据及时间用 B C D码表示 ，时间 只记录小时 ，每 天 0时将每块表的 2 4小时数据主动上传给集中器 ， 次 日采集数据将覆盖之前的数据。每户每天存储 的数据量 为 2 4 0 b y t e ，1栋 楼 以 1 2户计 算，采用 A T 2 4 C 1 6完全 可以满足存储要求 。每个 采集器具 有唯一的 4 B y t e s 标识码 ，便 于和集 中器进行数据 交换。 采集器重要任务是 ： 1 )接收集中器指令，设置初始参数、自动抄录 的时间及表号； 2 )将抄录的数据通过电力线传输给集中器； 3 )定时抄录用户数据 。 3 2集中器设计 集 中器用于收集各采集器 的数据进行处理并 存储 ，同时能 与管 理 中心的设 备进行 数据 交换 ， 一 般安装在小区 中心位置。为 了提高集 中器数据 存储的稳定性和可靠性，这里采用非易失性铁 电 存储 器 F M 2 4 C 2 5 6 ，其 工 作 温 度 范 围 一4 0 C 8 5 ，适用于北方冬季室外工作环境。其读写时间 最短可达 7 0 n s ，可读写次数达 1 0 m，与单片机通信 接E l 为 I c总线，具有接1：3 少、控制简单、通信速 度高 等 优 点。由于 无需 内部 电压 提 升 电路， F M 2 4 C 2 5 6具有非常低的写操作功耗 ，即使在突然 掉电情况下 ，也可将数据存储成功。 圆 圈 j 虿 线 囡园 囫 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 基于低 压电力线载波的远程 自动抄表系统彭昱 集中器外围电路由电力线载波电路、存储器 F M2 4 C 2 5 6 、G P R S模块构成 ，结构 图如 图 3所示。 电力线载波芯片选用 S C 1 1 2 8 ，这款 芯片采用直 接 序列扩频 、数字信 号处理 、直接数字频 率合成等 技术 ，在电力线 通信方面具有较 强 的抗干扰性及 抗衰减性。MC U对 S C 1 1 2 8芯片内部 R A M读写方 式是采用模拟 I 2 C总线方式 ，数据经过芯片处理后 通过功率放大 和耦 合后送至低压 电力线 网络 ，完 成数据发送 ，同理 ，可实现数据的接收功能 。 一 匿 图 3 集 中器 结构 图 3系统软件设计 图 4采集器 集 中器软件流程 采集器在没 有接 收到 集 中器 的 即时指令 时 ， 采用定时采集方式对各个 表端进行轮 询采集 ，在 接收到集 中器指令 后立 即执行新指令 ，如参 数更 改、实时抄表等。 集中器软件设计 同采 集器相似 ，优先 执行管 理中心的指令 ，无新指令时执行 周期抄 读采集器 信息进行存储，记录每块表每个时间段的信息。 采集器与集中器的软件流程图如图 4所示。 初始 化程序 中，对看 门狗定 时器 、串 口、默 认抄表参数 等进 行设置 ，初始 化完成后主循环 中 判断是否有 上层 指令 ，没有则按 照默认 的参数进 行周期抄表转发 ，有新指令到达则执行新指令 。 4 总结 本文介绍 了一种低压 电力 线载波远程抄表方 式 ，所设计的智能小 区 自动抄表 系统，以低压 电 力线 为载体 ，不用架设专 用通信线 路 ，不改变 小 区原有 的线路结构 ，系统结构简单 ，成本低 ，性 能稳定可靠 ，可 以广泛地应用 于新建小 区和已有 小区的水电热气智能化 自动抄表系统的改造。 参考文献 ： 1 陈凤 低压电力线载波通信技术及其应用 J 电力 系统保护与控制，2 0 0 9，3 7( 2 2 ) ：1 8 81 9 5 2 孙海翠，等 低压电力线载波通信技术研究与应用 J 电测与仪表，2 0 0 6 ，4 3( 4 8 8 ) ：5 4 5 8 3 何海波，等 低压电力线载波通信研究 与应用现状 J 继电器，2 0 0 1 ，2 9( 7 ) ：1 2一l 6 4 李文江，等 基于 S C 1 1 2 8电力线载波模块的智能住 宅系统 J 重庆工学院学报，2 0 0 5 ，1 9( 8 ) ，P P ： 414 4 5 文志连 基于低压电力线载波和 G P R S的电能 自动抄 表系统的研究 D 长沙：中南大学，2 0 0 7 1 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m