KE-6640多功能用电智能测试仪的设计和实现

李春海甄纲王曦贺子洋

（1.石家庄科林电气股份有限公司 2.国网石家庄供电公司）

KE-6640多功能用电智能测试仪的设计和实现

李春海1甄纲2王曦2贺子洋2

（1.石家庄科林电气股份有限公司 2.国网石家庄供电公司）

国家电网公司对用电信息采集系统的推广普及，大大提高了以前人工对用电信息的采集、统计、分析的效率，但是随着电能表、采集器和集中器的数量越来越多，集中器、电能表的故障也相应增多，例如载波通信、GPRS无线通信和RS485通信等。KE-6640多功能用电智能测试仪适用于智能电网用电信息采集系统相关产品的现场管理、远程调试、故障诊断等。本文详述了KE-6640的开发思路与方法。

集中器；载波；GPRS；多功能用电智能测试仪

0 引言

随着社会经济的不断发展，用电区域不断扩大，电能表、采集器和集中器的数量越来越多，集中器、电能表等用电设备的故障也相应增多。目前各载波方案无法互联互通，运维人员需要携带多种测设仪器和相关设备，如各种载波或微功率方案供应商提供的掌机、抄控器分别进行运维。运维人员需要学习各种设备的操作方法，某些复杂情况下还需要采用笔记本电脑等工具，导致运维难度大和工作量大。台区串扰、台区归属问题一直是现场运维的难点，使用专门的台区识别仪成本高、携带不方便。同时使用不同的仪器测试不同的设备，许多现场运维经验无法共享。KE-6640多功能用电智能测试仪提供了一种现场测试设备，功能接口丰富、齐全，体积小巧，携带方便，用来诊断、分析智能电表及用电信息采集终端现场各种问题，并可记录辅助设备的测试结果，生成综合测试报告［1］。

1 测试仪的硬件研发

KE-6640多功能用电智能测试仪采用模块化的设计思想，分为主机和外置式模块适配器两部分。

1.1 主机

主机中包括CPU、存储器、触摸屏、键盘、通信接口、移动通信模块、电源模块、摄像头。通信接口包括RS232接口、RS485接口、以太网接口、USB接口。通信模块包括GPS模块、移动通信模块、蓝牙模块、红外模块、WiFi模块和台区识别分机模块。测试仪主机可插台区识别分机模块，与市电的接线端子连接。如图1所示。

图1 测试仪主机结构图

1.2 外置式模块适配器

测试仪中还包括与主机连接的外置式模块适配器。外置式模块适配器包括MCU和连接通信外置模块的电路，具备通信外置模块对应的插孔和A、B、C、N接线端子；外置模块包括集中器上的本地通信模块和远程通信模块。

外置模块适配器左侧插槽为本地通信模块，即载波或微功率模块，可同时兼容2013版国网标准和2009版国网标准的本地通信模块；右侧插槽为远程通信模块，即GPRS等模块，亦可同时兼容2013版标准国网标准和2009版国网标准的远程通信模块。由于两种标准的针引脚定义不同，硬件的设计难点就在于如何同时兼容两种标准的模块。

1.2.1 本地通信模块

本地通信模块2013版国网标准为26针，2009版国网模块为22针。由于外置式模块适配器不负责测试网络接口，2009版国网模块的15～20针引脚可以不用。两个标准中，第9针在2013版国网模块为GND，2009版国网模块为RST，将此针引脚设置为RST，并不影响2013版国网模块的使用。

因此将外置式模块适配器上本地通信模块的插孔设置为26个插孔，管脚定义见下表［2-3］。

下表的设置可同时保证两种标准的模块正常使用。在外置式模块适配器设置1个拨码开关进行选择控制，MCU读取开关位置，可以知道按照哪种标准进行通信。

1.2.2 远程通信模块

2009版国网标准远程模块与2013版国网标准远程模块引脚数量，间距相同，但是针引脚定义差别较大，因此在开发设计中，使用相同的插孔接口，辅助模块开关和通道选择开关实现兼容设计。

参看图2，拨码开关K1用于选择模块标准，MCU读取PIO3_3脚的电平，可以判断选择哪种标准的模块。确定模块标准后，使用74LVC125作为通道选择开关来选择通道。图2中给出了两个通道选择电路原理图。设计例一，2013版国网标准中，20脚为STATE4，2009版国网标准中，19脚为STATE4。通过MCU的管脚MCU_ STATE4，可以选择MCU的STATE4连接插孔接口的第20脚或第19脚；设计例二，2013版国网标准中，5脚为TXD，2009版国网标准中，10脚为TXD。通过MCU的管脚MCU_ RXD，可以选择插孔接口的第5针脚或第10针脚作为MCU的TXD。其他定义不同的引脚同样可以按照上述方式连接处理，这里不再详细描述。

表 外置式模块适配器左模块针脚定义

2013版国网标准的有效引脚为：1～6、12、3～20、27～30，2009版国网标准的有效引脚为：1～5、7、9、 11、13、16、18～20、24～30，每个74LVC125可以选择4个数字信号的通道，通过设置多个74LVC125，完成不同标准的管脚与MCU的连接［4］。

图2 通道选择电路原理图

上面是针对数字信号提出的解决方法，对于电源来说，因为芯片功率有限，无法采用上述方法。解决上述问题的一种方案是使用拨码开关，对电源的通断进行控制。另外一种技术方案，是通过管脚选择，关断不需要的电源。如图3所示，PIN5脚在2013版国网标准中是串口的TXD，在2009版国网标准中是5V电源。将MCUTXD置为高电平，置MCU-VDD5V为低电平，此时PIN5为串口的TXD；将MCU-TXD置低电平，置MCUVDD5V为高电平，此时PIN5为5V电源。

2 测试仪的软件功能

KE-6640多功能用电智能测试仪亦采用模块化的开发思想，采用功能强大的Cotex-A8处理器，运行速率1.6GHz，内存1G，FLASH 8G，可外扩32G TF卡，流畅运行Android系统，应用Java语言进行开发。软件系统分为如下几个功能模块。

2.1 电表检测

具备红外、载波、RS485等通信接口，可根据现场实际情况选择相应通信方式与电表通过DL/T645规约进行通信，并对电表进行功能测试。

图3 电源的通断控制

2.2 终端检测

配置了功能强大的国网GDW1376.1主站软件，可通过GPRS、以太网、RS232、红外、RS485等通信方式与遵循GDW1376.1通信规约的各种终端进行通信，实现现场或远程调试集中器、抄读历史数据、抄读实时数据等功能。

2.3 故障诊断

可通过红外、RS485、载波等方式与现场电能表进行通信，快速诊断电能表故障。

2.4 数据交互

可把历史数据导出为Excel 数据表格，可通过Web Service接口或中间数据库与主站系统进行数据交换。

2.5 台区识别

可插入台区识别模块，通过“现场维护单元”检查电表及终端的相序，实现台区识别的功能。

2.6 条码扫描

内置500万像素摄像头，可现场拍照及条扫描码。

2.7 GPS定位

内置GPS定位功能，输出经纬度信息。

2.8 本地模块检测

与现场维护单元通过USB线连接，直接发送1376.2报文，检测集中器本地通信模块。

2.9 远程模块检测

与现场维护单元通过USB线连接，按照1376.2规约操作集中器远程通信模块，检测其是否故障。

2.10 换表管理

电表更换时，测试仪把新、旧电表表码、电流、电压、功率等信息抄读并保存到数据库，并现场拍照，生成文件保存。数据文件可通过U盘导出。

3 结束语

KE-6640多功能用电智能测试仪是我公司在多年电力行业应用经验基础上，结合电力用户最新现场需求设计的一款非常实用的产品。该产品适用于智能电网用电信息采集系统相关产品的现场管理、远程调试、故障诊断，节约了人力、物力，直接和间接经济效益明显。

［1］ 胡江溢，祝恩国，杜新纲，等.用电信息采集系统应用现状及发展趋势［J］. 电力系统自动化， 2014（2）： 131-135.

［2］ 刘宣，唐悦，等. Q/GDW 1375.2—2013电力用户用电信息采集系统技术规范（第2部分）：集中器型式规范［S］.

［3］ 章欣，周宗发，等. Q/GDW 375.2—2009电力用户用电信息采集系统技术规范（第2部分：集中器型式规范）［S］

.［4］ 汪激.微计算机检测中高精度程控放大器及多通道选择电路［J］. 电测与仪表， 1988（12）：6-7.

（2016-08-24）