一种低成本农村智能抄表系统设计

么传靠，于会山

（聊城大学 物理科学与信息工程学院，山东 聊城 252000）

一种低成本农村智能抄表系统设计

么传靠，于会山

（聊城大学 物理科学与信息工程学院，山东 聊城 252000）

分析了目前我国农村的电表使用情况，并针对我国农村的经济发展状况，以最大程度降低成本为目标，提出了一种适用于我国农村地区的远程智能抄表系统。系统有电能表、采集器、集中器、远程控制中心组成。采集器与集中器之间利用低压电力载波线进行通信，集中器通过GSM网与远程控制中心进行互联。采集器和集中器采用价格低廉的AT89C52作为控制器，降低了系统成本。

智能抄表系统；低压电力载波；GSM；AT89C52

目前我国农村地区已经是一户一表，采用传统人工手抄方式不但费时、费力，而且可能会出现漏抄、误抄、估抄等现象[1]。而智能抄表系统不但克服了上述缺点，而且还能实时监测每一用户使用电能的情况，实时了解供电网络的负载情况，以及供电线路网络出现故障的情况等。因此如何以最小成本建立一个适合于农村地区的智能抄表系统是一个急需解决的问题。本文提出了一种适用于农村地区的低成本智能抄表系统，但农村很多用户的电表还是老式机械表，若将它们全换成载波表或电子表成本太高，因此，需在老式机械表内安装槽型光耦，才能对其脉冲信号进行采集，从而实现智能抄表。

1 系统总体设计

本抄表系统由电度表（老式的转盘式电能表需安装槽型光耦，才能对其脉冲信号进行采集。电子式电表可以直接采集其脉冲信号）、采集器（将多个用户电表的用电量采集存储下来，并能接受集中器的控制命令将采集的用户电表数据上传给集中器）、集中器（接受控制中心指令，将用户用电量数据上传给远程控制中心）、远程控制中心（负责整个用电管理区所有集中器数据的抄收、计算管理、控制和打印、查询）组成[2]，其结构框图如图1。

图1 系统总体设计结构Fig.1 Overall design of the system structure

1.1 采集器

现在农村电表大都是多户电表集中安装在表箱当中，因此只需在每个表箱安装一个采集器来采集表箱中所有电表数据。本系统采集器利用AT89C51作为控制芯片，可同时采集最多十六块电表数据，然后将数据通过电力线传给集中器。其部分外围电路结构图如图2所示:掉电保护电路在系统正常工作时，主电源为电池持续充电直到充满；在系统掉电时，备用电池可继续为单片机供电48小时，可有效保护数据完整性。看门狗电路可防止系统异常时，使系统有效复位，提高系统稳定性。单片机串口通过RS485接口转换电路与具有485接口的电能表相连接，来完成电表数据的采集。电源电路产生采集器部分所需要5、12、15伏电压，保证各硬件电路正常工作。状态指示电路用于指示采集器工作状态[3]。

图2 采集器部分外围电路结构图Fig.2 Collector part of peripheral circuit structure diagram

系统采用低压电力线载波通信，但由于现场条件存在断续的尖峰噪声干扰、负载阻抗随机变化和信号衰减强烈，其通信条件恶劣，因此必须采用专用电力载波通信芯片来改善上述问题。SC1128芯片内部集成了扩频／解扩、调制/解调、D/A和A/D转换、内置电子表、输出驱动、输入信号放大、看门狗、工作电压检测以及能够与单片机进行（MCU）串口通信等功能[4]。采用该芯片可以起到降低系统成本并提高系统功能的作用。

SC1128发射或接收数据是通过SR、TX和SYN 3个端口进行的。SR=0电路处于接收状态，SR=1电路处于发射状态。它的外围电路由耦合电路、带通滤波电路、PAMP功放电路、功放电路组成。信号由电力线经耦合器、带通滤波器和功放大电路进入SC1128芯片。经过处理后供AT89C51处理。数据由AT89C51送至SC1128芯片，经过处理后通过PAMP功放电路和耦合器发送至电力线上，完成电力线上的发送和接收。采集器与SC1128的逻辑工作框图如图3所示。

图3 SC1128的逻辑工作框图Fig.3 Logic diagram of SC1128

1.2 集中器

集中器位于台变的控制中心，它采用AT89C52做控制器，上行信道利用现有的GSM网，通过GSM MODEM[5]连接远程控制中心，下行信道通过电力载波模块连接采集器。上/下行通道使用模块化设计，使用方便，便于系统维护和升级。集中器通过电力载波模块与采集器通信，将取得的电表数据存于外部存储器；集中器通过GSM网以短消息形式接受远程控制中心抄表指令，然后将外部存储器中的数据传送到远程控制中心，其结构框图如图4。

1.3 远程控制中心

图4 集中器的工作框图Fig.4 Logic diagram of concentrator

远程控制中心负责整个用电管理区内所有集中器数据的抄收、计算、管理、控制和打印查询任务。管理中心位于乡镇变电所，设置一至数台抄表计算机，通过GSM网与各自然村各台集中器进行通信，完成各种数据的接收及下发控制命令。其结构框图如图5[6]。

图5 远程控制中心的结构框图Fig.5 Logic diagram of remote control center

2 系统软件设计

本部分主要介绍采集模块部分的程序结构框图，包含主程序部分、数据采集部分、通信部分。主程序部分完成采集器及其外围器件的初始化并完成电表电量的采集，接收集中器命令，然后分析命令，上传集中器所需数据。数据采集部分：在初始化完成后，采集器立即进入检测脉冲阶段，每隔一秒采集一次电表脉冲，计算脉冲个数并进行存储。通讯部分：采集器通过电力线与集中器互联，当采集器器收到集中器上传数据指令时，若验证指令正确，立即上传存储于外部存储器的数据。它们的软件流程图如图6~8。

图6 主程序流程图Fig.6 Main program flow chart

3 结 论

图7 通讯程序流程图Fig.7 Communication program flow chart

图8 数据采集流程图Fig.8 Flow chart of data acquisition

本系统上行信道使用电力载波芯片SC1128，使得采集器与集中器之间利用低压电力线进行通信成为可能，系统下行信道利用覆盖全国的GSM短消息服务，因此上下信道均无需再铺设线路，降低了系统成本。另外本系统较传统人工抄表系统，抄表效率和数据实时抄收的可靠性得到了提高，适应了电力系统自动化发展的进程，具有非常广阔的应用前景。

[1]胡云.几种电能表远程抄表系统的分析与系统田[J].低压电器，2009（8）：28-29.

HU Yun.Several electric energy meter system analysis and field remote meter reading system[J].Low Voltage Apparatus，2009（8）:28-29.

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[3]李华，孙晓民.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京航空航天大学出版社，1999.

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QIN Chong.Research and design of SC1128 chip power line carrier communication system based on new technology[J].New Products in China，2012，2（2）:143.

[5]韩斌杰.GSM原理及其网络优化[M].北京：机械工业出版社，2002.

[6]刘廷霞，修吉宏，李建海.电力线载波智能抄表系统[J].电气自动化，2003，3（6）:61-64.

LIU Ting-xia，XIU Ji-macro，LI Jian-hai.Carrier intelligent meter reading system of power lines[J].Electrical Automation，2003，3（6）:61-64.

Low cost design of the rural intelligent meter reading system

YAO Chuan-kao，YU Hui-shan
（School of Physical Sciences and Information Engineering Liao Cheng University， Liaocheng 252000， China）

Analysis of the current use of rural electricity meters，and according to the situation of economic development in rural areas of China， to the greatest extent to reduce costs as the goal， intelligent remote meter reading system is presented which is applicabletoChina’sruralareas.Thesystemiscomposedofelectricenergymeter， collector， concentrator， theremotecontrolcenter.Betweencollectorsandconcentratorsuselowvoltagepowerlinecarriercommunication，concentratorthroughtheGSMnetworkand remotecontrolcentreforinternet.ThecollectorandconcentratorusescheapAT89C52ascontroller，whichreducesthesystemcost.

intelligent meter reading system；low-voltage power line carrier；GSM；AT89C52

TN87

A

1674-6236（2014）02-0171-03

2013-05-18 稿件编号：201305191

么传靠（1987—），男，山东聊城人，硕士。研究方向：智能信息处理。