电表无线采集系统设计

李鑫（太原供电公司，山西太原 030012）

电表无线采集系统设计

李鑫
（太原供电公司，山西太原 030012）

现阶段我国大部分地区的电能表主要是依靠传统的人工抄表以及收费的运营方式，不仅仅需要大量的抄表人员，还可能因为人员读表存在着的误差以及遗漏等，带来了纠纷以及欠费等问题。在本文当中，主要是针对了电表无线采集系统的设计做出了全面的分析研究，并且在这个基础之上提出了下文当中的一些内容，希望能够给与同行业人员提供一定价值的参考。

电表 无线采集 系统设计 分析

根据我国电力行业的多功能电能表通过协议的标准，越来越多具备着数字电气接口的新型电能表逐渐被应用。本文当中针对RS485电气接口的数字电表，进而设计出了一种采用单片机以及无线数传模块的电表无线采集系统，能够实现一定距离的无线远程抄表，并且对挂接在同一组的RS485总线上的多台表进行实施数据的读取，本设计用极低的投入能够节约大量的人力和物力，全面的提高抄表的效率。

1 关于电表采集器的分析

无线代表采集控制接收电子式电表的用电产生输出的脉冲，进而记录了电表用电实际情况采集电量数据信息，通过无线通信将数据上传到集中器当中，或者是无线手持终端，同时集中器或者是无线手持终端也能够通过无线通信的方式设置电表采集监控器的参数。在存在着非法开启电表箱的时候，电表采采集监控器将会通过无线上报集中器，并且在电表采及监控器备份记录，电表采及监控器能够实现预付费的功能，通过无线设置开启预付费功能之后，用户购买电后通过无线网络自动将用户购买电金额下传导电表采集监控器，实现预付费的重置功能，无需使用预付费卡，当用户的预存金额为零的时候，电表采集监控器会自动切割该用户的供电电路。实现功能电表电费数据采集电表监控器通过采集脉冲信号来记录用户的电费使用情况，并且自动化记录保存数据，最后能够同时监控2、4、8以及16路用户的电表信息。控制用点根据用户的信息，电费预交以及剩余电费情况等，电表监控器通过磁保持继电器来控制用户用电的通判。数据无线传输电表监控器定时通过无线网络以及集中网络实现数据的交换。非法开箱记录电表监控器通过采集电表箱们的开关信号，能够测知是否有开箱董总的发生，立即上传到集中器继而上传到检测中心并且进行记录。

2 系统的总体设计分析

电表无线采集系统设计的方案主要是如下图1所示。系统的控制器主要是为MC9S08AC16单机片，具有着最大20KHz的内部总线频率，运算的速度能够满足采集系统的需要，多大16KB的在线可编程FLASH以及1KB的片上RAM。片上具有着两个异步通用串口以及一个串行外设接口SPI。

电表的无线采集系统的单片机主要是通过串口连接半工无线数据传模块，在同一时刻仅仅只是能够进行单项数据的发送或者是数据接收动作。单片及则是通过串口连接RS485收发器，一台或者是多台电表主要是挂在了RS485总线上，并且根据地址来进行区分，单片及能够对RS485总线上的电表数据做出实时的读取，之后将数据通过无线模块进行传输出去，单片机通过串行外界设备扩展SD存储器，将其应用在数据存储。

电表数据的汇聚中心，计算机主要是通过USB接口连接无线数据传模块，并且该传模块则是通过和电表无线采集系统的无线数据模块进行远距离的无线通信，接受来自采集系统的电表数据，或者是发出一些控制的指令，从而能够更好的实现远程的无线抄表。抄表人员仅仅只是需要在数据汇集中心计算机面前便可以能够完成无线模块覆盖范围之内的电表数据抄取。

3 关于无线采集系统以及电表的接口设计分析

多功能电表主要是通过RS485接口以及微控制器进行连接，如上图2所示，本设计的选用接口芯片主要是为美国公司所研发的MAX485芯片。MC9S08AC16单片机串口的接受以及发送引脚分别为MAX485芯片的RO以及DI的引脚相互连接，单片及的IO口以及MAX485的DE以及RE引脚进行相互连接，用于能够实现RS485收发方向的控制，然而RS485工作在板双工作方式。

4 关于无线数据的模块分析

主要是采用半双供的多通道微功率嵌入式的无线数据模块，嵌入了高速单片机以及高性能的射频芯片当中，是具有着一千米的传输距离，并且采用了高效循环交织纠错码，在较为复杂的无线信道环境当中能够具有着十分强的抗干扰能力。收发频率的工作在于240MHz一直到960MHz，其中最大的空中速率为38400bps。

图1 电表的无线采集系统结构图

图2 RS485接口分析

表1 数据帧的分析

无线数传模块提供了标准的串口以及单片机进行相互连接，也可以通过USB砖串口设备以及电表数据汇聚中心的计算机进行相互的连接。无线数据传模块能够进行半双工组网，进行点对点或者是一点对多点的通信，当工作在一点对多点的过程中，其中一个站点主要是为主站，其余的则是为从站，不同的站点主要是通过位移的地址来进行区分。主站进行整个网络通信协调的控制工作，站点之间发送带具有着地址码的数据帧，所有处于接受状态的站点全部都能够接收数据进行分析，要是接收的数据地址码和本站的地址码相同，那么该数据则是为有效数据，要是地址码存在着不同，那么则是为无效数据，直接丢弃或者是不对其进行处理。为了能够更好的保证半双工通信能够有效的进行，接受发送数据的双方应该要有效的协调握手信号，对于正确接受到的有效数据发出接受确认的信号，从而能够保证不会有数据存在着意外的丢失。

5 关于电表的通信协议分析

电表无线采集系统以及电表之间的通信协议主要是采用多功能电能表通信协议，规定了电能表的费率装置以及数据终端设备进行数据进行交换的过程中物理连接以及协议，可工作在点对点或者是一主多从的数据交换方式。协议主要是为从结构的半工双工通信的方式。数据采集系统作为主站，电表则是为从站。每一个电表均分配不同的地质编码，通信链路的建立以及解除全部都是由主站发出的信心帧来进行控制。每帧由帧起始符、从站地址域、控制码、数据的长度、数据域以及帧信息纵向效验码以及结束符等七个内容所组成，每一个部分则是由若干字节所组成，如下表1所表示。

6 结语

本设计的电表无线采集系统的结构简单，成本比较低。在进行点对点无线采集的过程中，可以对挂接在同一组RS485总线的所有电表实时抄取数据，也可以利用系统上无线数据模块来进行中继，延长无线传输的距离，那么电表数据汇聚中心完全设置在远离电表的地方，在电表数据汇集中心计算机应用软件的配合之下能够实现无人抄表、远程抄表以及定时抄表。针对于这个系统来说，不仅仅能够全面的降低人力或者是成本，消除了人工的误差，也将会带来电力运营以及管理的新方式。

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