基于低压窄带载波通信的电能表数据采集器的设计

张珂

摘 要：随着国内电力载波通信技术的不断发展及两网改造工作的不断深入进行，电能表的电量采集模式也在逐渐由效率低下、出错率高的人工抄表改变为自动抄表模式。本文主要是对以PLCI38-III-E型载波芯片和stc12c5a60s2型单片机为核心，下行主要采用RS485通信通道，上行采用电力载波（PLC）数据通道，以实现电能表的电量采集和电量存储的电能表电量采集器的设计与开发进行原理方面的探讨。

关键词：电量采集 电能表 单片机 RS485 电力载波 PLC

中图分类号：TM642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0010-01

随着两网改造工作的不断深入进行，供电质量有了很大提高。同时，“一户一表”工程的实施也有效增加了用电透明度，提高了顾客满意率；但抄表及催费的工作量却大量增加。只有实现自动抄表才能提高工作效率，节省人力、财力达到省公司要求的“减员增效”的目标要求；而且可以方便地实现电费结算，正确计算台区线损，有效防止窃电，使供电管理向电子化、信息化方向迈进。

自动抄表系统研究的目的和意义十分广泛，而基于电力载波的自动抄表系统则有以下特点：（1）数据采集处理及存储功能，可设置每月自动冻结电量，自动抄表时间，可设成每小时自动抄收载波表电量（每天/每月/每年）。（2）可实时集中抄表，实时收集下辖全部电表的累计电量、各种数据、参数。（3）可设置电价，根据抄读的电量进行自动电费结算。（4）远程控制电表，可以对有窃电行为或其他需要进行停电操作的用户进行跳闸停电操作。（5）自诊断功能，系统自动检测控制模块、数据存储等单元是否工作正常。（6）电力线载波抄表方案主要实现远程抄表、远程控制，运用先进的管理手段，方便推广。（7）采用的是是唯一不需要线路投资的有线通信方式。（8）信息传输稳定可靠，路由合理、可同时复用远动信号。

本文主要就电能表电量采集的单一功能实现的方式实现电能表的电量采集和电量存储的基于低压窄带载波通信的电能表数据采集器的设计与开发进行原理方面的探讨。

1 关于硬件设计时需要考虑用普通光耦做高速通信的隔离

两个芯片之间的电源需要相互独立，所以通信需要做隔离，手头没有高速光耦，又加上经济问题不舍得买，考虑拿普通光耦来做隔离，问题来了，一般pc817，tlp521开关速度超过10 kHz信号衰减就很明显了。

所以大部分时候电路来做通信隔离，5 V电源时R4选3K通信速度最快，这个时候实际5 V单片机串口通信速度能够达到14400 bps。

在实际应用中，如果是硬件串口，测试使用9600 bps，通信是正常的，但是超过9600后，通信效果随单片机的型号存在差异。

如果更高的通信速率，那么通常情况下就需要选择高速光耦，像6N138就能达到100 kbit/S，还有更高速度的光耦。

答案是肯定的，如图1，为高速光耦6n138内部结构图。

于是根据该电路就有了如图2的电路。

测试结果表明。该电路在115200 bps波特率下，通信正常。串口助手发送几百行数字，没有发现误码。

2 关于载波和RS485抄表流程的软件设计思路

2.1 载波抄表流程设计

当收到数据集中器的下发抄表命令后，抄表指令通过载波传送到采集器的载波通信模块，载波通信模块数据接收完成后，将抄表命令传递给采集器CPU进行处理，采集器CPU根据接收到的抄表命令。

2.2 RS485抄表流程设计

由于485抄表流程是异步执行的，为了简化程序逻辑，整个抄表过程分两个线程控制：（1）抄表控制线程：该线程为抄表业务逻辑控制层，根据客户要求制定抄表逻辑，并根据抄表逻辑自动控制抄表过程；（2）数据异步接收、解析线程：该线程负责485模块异步数据的接收工作，并根据解析情况控制抄表控制线程的进度。

3 结语

基于低压窄带载波通信的电能表数据采集器的设计借鉴了市场上其它产品的研究成果，采用PLCI38-III-E型载波芯片和stc12c5a60s2型单片机自行设计，解决了人工抄表效率低，错误率高的问题。满足了电力系统对抄表快捷性，准确性的要求。具有很高的实用价值和推广价值。