电力远程抄表中集中器的设计.pdf
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1、 自 动 化 技 术 与 应 用 2 0 1 1 年 第3 0 卷 第4 期 物 联 网 技 术 Thina s of l n t e r n e t 电力远程抄表 中集 中器 的设计 李 明颖 柴玉华 ,王树 文 ( 黑龙江省东北农业大学工程学院, 黑龙江哈尔滨1 5 0 0 3 0 ) 摘要 : 为 了适应现代的抄表方式和满足用 电管理的要求 , 本文提 出了基于物联网技术和嵌入式AR M技术的集 中器。 本实验 采用AR M $ 3 C 6 4 1 0 K集 中器的控制系统 , 电量采集部分采用S C1 1 2 8 为核心 的电力载波方式将用户 电量采集到集 中器的控 制系统 中。 上
2、行通讯采用G P RS 与 主站进行通讯。 可以为用户省去 昂贵的网络建设和维护费用 , 在设备的运行过程 中 , 也没有距离和地 区的 限制, 对于偏远的地区只要存在手机信号本设计的设备就可以稳定运行。 关键 词 : $ 3 C 6 4 1 0 ; 集中器 ; G P R S; 抄表 系统 ; 物联网 中图分类号 : TP 8 7 3 文献标识码 : B 文章编号 : 1 0 0 3 7 2 4 1 ( 2 0 1 1 ) 0 4 - 0 0 3 8 0 5 Th e De s i g n o f P o we r Re mo t e Me t e r Re a d i n g Co n c
3、 e n t r a t o r LI M i n g y i n g , CHAI Yu - hu a , W ANG S h u - we n ( E n g i n e e r i n g C o l l e g e No r t h e a s t Ag r i c u l t u r a l Un i v e r s i t y , Ha r b i n 1 5 0 0 3 0 Ch i n a ) Ab s t r a c t :I n o r d e r t o a d a p t t h e mo d e r n me t e r r e a d i n g s y s t e
4、 m a n d t o s a t i f y t h e e l e c t r i c u s a g e ma n a g e m e n t r e q u e s t , t h i s a r t i c l e p r o p o s e s a c o n c e n t r a t o r b a s e d o n t h i n g n e t wo r ki n g t e c h uo l o g y a n d t h e e mb e dd e d ARM t e c h n o l o g y Th i s e x p e r i me n t u s e s
5、 ARM$ 3 C6 41 0 a s c o n c e n t r a t o r S c o n t r o l s ys t e m,t h e e l e c t r i c q u a n t i t y g a t h e r i n g pa r t u s e s S C 1 1 2 8 a s t h e c o r e e l e c t r i c p o we r c a r r i e r wa y g a t h e r s t h e us e r e l e c t r i c q u a n t i t y i n c o n c e n t r a t o
6、 r S c o n t r o l s y s t e m Th e u p wa r d c o mmu n i c a t i o n u s e s GPRS a n d t h e m a s t e r s t a t i o n c a rri e r o n t h e c o mm u n i c a t i o n I t ma y o m i t t h e e x p e n s i v e c o n s t r u c t i o n a n d t h e ma i n t e n a n c e c o s t f o r t h e u s e r , a n
7、 d n o d i s t a n c e a n d d i s t r i c t r e s t r i c t i o n i n e q u i p me n t S mo v e me n t p r o c e s s S o l o n g a s h a s h a n d s e t s i g na l , t h e d e s i g n e d e q u i p m e n t ma y o p e r a t e s t e a d i l y Ke y wo r ds : $ 3 C6 4 1 0 ; c o n c e n t r a t e r ; GP
8、 RS ;me t e r r e a d i n g s y s t e m; i n t e r n e t o f t hi n g s 1 引言 抄表的可靠性, 一直是受国家和人民关注的主要问 题。传统的人工抄表不仅耗费大量的人力物力 , 对采集 上的数据也存在滞后性和很多的误差。采用集 中抄表 技术可以减少人工抄表带来的很多麻烦 , 但是对于通讯 线路的稳定性一直是远程抄表存在的问题 , 不但是要求 低失误 , 也要求较高稳定性。集中器在抄表系统中起了 至关重要的作用 , 从 7 0年代起 , 人们对于集 中器的设计 大概分成有线和无线两大类 , 组网方法有利用公用电话 网络和电报网
9、络等。采用有线的网络对于偏远山区布 线的费用高, 维修困难 , 而无线的传输方式对于信号质 基金 项 目: 本 文是 黑龙 江省级课 题 的一部 分 ( 编 号 L C 2 0 1 0 0 3) 收稿 日期: 2 0 1 1 0 1 2 6 量要求也很高; 采用公用电话网的费用很高, 而电报网络 虽然运营费用低廉但是前期需要投入。 1 , 2 , 3 , 1 2 】 基于 此本设计设计了可以智能控制的集 中器 , 通过 电力输电 线采集数据, 不会增加额外的布线费用, 采用 G P R S传输 稳定可靠 , 与此同时本设计还将物联网技术引入到集 中 器 的设计当中, 不但可以方便 电力部门进行
10、统一调度 , 集 中管理 , 还可以使用户对用电量信息实时掌握 , 实现 电量透 明化 。 2 系统硬 件设计 2 1 系统设计 本 文所 设 计 的集 中器 是一 个 高 可 靠性 、 低 成 本 , 低功耗的嵌入 式设备 , 是 电力集 中抄表系统中的关键 设备 , 能够采集各种仪表和智能终端的电量 , 并将分析 物 联 网 技 术 Th i n gs o f I n t er ne t 自动化技术 与应 用2 0 l 1年第 3 0卷第 4期 出的结果通过传递给主站。它必须是能够工作在各种 复杂的环境中的, 具有多种物理通信方式的设备。所 以作者采用三星公司的 S 3 C 6 4 1 0
11、作为集 中器的 C PU。 S 3 C 6 4 1 0是一款低功率 、高性价比、高性能的用于移 动 电话和 通用 处理 RS I C处理 器 。 同时本设 计考 虑到 用 $ 3 C 6 4 1 0可以为 2 5 G和 3 G通信服务提供了更加可 靠的硬件性能 , 更加强大 的硬件处理器 。当本系统进 行抄表工作时 , 载波模块接收信号 , 并将将接收到的信 号传输至中央处理器 , 中央处理器根据抄表系统的要 求经由G P RS模块传输的命令, 进行处理。并将处理结 果传输回载波模块。集 中器 内部系统硬件结构框 图如 图 1所示 。 载 A G 抄 波 R P 表 模 M R 网 块 处 S
12、 络 理 模 系 图 1 集中器系统硬件结构图 2 2 电力载波模块 在我国的民用电网中用电器的复杂多样 , 用电量动 态 多变 , 因而我 国的 电网系统 噪声严 重 , 对 载 波信号 所 呈现出的阻抗特性是动态的 , 会使数据通信质量受到一 定程度的影响 , 甚至会造成从集中器到表端设备通信的 持续性失败。所以在本设计中的低压载波通信采用的 是双向通讯 , 以保证数据的完整性【 J 【 l 4 1 I 1 5 】 。 本设计的载波模块的载波芯片为 S C 1 1 2 8 , 工作工作 过程为 : 当载波芯片接收信号时, 信号由电力线经耦合 器 、带通滤波器和前级放大器进入 载波芯 片 S
13、 C l 1 2 8 。经 过通信芯 片解扩后传 送给微 处理器 ; 发送信号时 , 数 据通 过 GP RS传输模块送入处理器 , 再传送给S C l 1 2 8 芯片, 经过处理后通过功率放大器进行功率放大 , 经耦合送入 电力线。完成电力线上的发送和接收。载波模块工作的 具 体原理 图如 图 2所示 。 图 2 载波模块工作原理图 图3 带通滤波 电路 本设计 中前级 的载波模块主要 由载波芯片 S C1 1 2 8 、 带通滤 波模 块 、前级放大模 块 、输 出功率放大模 块、 电 源电路和耦合电路组成。载波接受和发送模块如图 3 所 示; 带通滤波模块如图4所示 ; 和前级放大模块
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