电子载波抄表系统集中器的硬件设计

刘洋+余飞+李逸聪

【摘要】电子载波通信是以高压电力线作为通信媒介进行数据传输的一种通信方式，它对现代抄表管理起到了非常重要的作用。在抄表系统设计中，利用电子载波通信从低压电力线上获得数据和电源信息，进而通过分组无线业务和调制解调器实现通信通道的远程控制，实现自动抄表，这样一来，不仅给居民提供了很大的便利，同时也节约了大量的人力、物力和財力。本文主要是在分析电力载波抄表系统架构的基础上，对集中器的硬件设计进行了阐释。

【关键词】电子载波 抄表系统 集中器 硬件设计

一、电力载波抄表系统的主要架构

通常情况下，自动抄表系统主要是由三个部分组成：主站、集中器和电能表。第一，主站作为控制的核心，对操作的各种指令进行下达。它主要是以指定协议的形式发送各种操作指令，从而实现系统对电表的各种操作。自动抄表系统的主站能够挂载不同的集中器，实现分布式电能表系统的统一管理。第二，集中器是主要是对主站和电能表进行沟通，也是整个系统设计的中心环节。它对主站下发的指令进行有效处理，然后对数据进行执行或转发。根据的主站的请求做出各种操作的决定。通常，由于集中器辖区的电能表的数量较多，处理的数据比较大，集中器在硬件的设计必须能够确保系统的可靠性和安全性，确保系统的有序运行。第三，电能表是电子载波抄表系统的执行终端，主要是对用户的相关信息进行处理，主要包括当前电能表的表底数据、继电器的运行状态以及电能的余量等，这些都是系统数据的主要来源。在整个通信过程中，近区电能表可能成为远程电能表的中继站，从而过程电能运行的稳定性。

二、电子载波抄表系统集中器的硬件设计

集中器是集中下属的数据采集器的数据，并发给中心服务器，集中器有两个通信对象，面对不同对象时，需要采取不同的通信方式，在于数据采集器通信时，使用电力线载波通信，并通过电话线与中心服务器实现通信。集中器的信息存储和处理量较大，我们需采用处理速率较高的处理器并进行存储器的扩展。集中器是安装在小区供电变压器低压侧，作为载波抄表系统的中心环节，是整个系统的核心，是连接机与用户电表之间的枢纽。

（一）集中器的功能及技术指标

设计任何一个产品之前明确它的功能和技术指标是非常必要的。集中器作为电力线载波抄表的一部分，起着上传下达的作用。集中器的主要功能有：抄收功能。根据设置的抄收方式采集抄收电表的数据。集中器可根据上位机下载的定时抄表，在每月一次按时启动月冻结抄表；具有实时抄表和对某些特定表进行抄表的功能。设置功能可通过上位机对集中器进行设置，包括抄表时间设置、固定中继设置等。通信功能集中器接收上位机下载数据，包括电表数量、表号、抄表参数以及中继管理需要的信息，可根据设置抄收载波电表的数据。 数据处理数据处理包括数据的存储、冻结等。校时功能集中器可通过上位机进行系统校时，调整时间误差。

（二）集中器的结构框图

集中器本身是由主控单元、数据库存储单元、时钟单元、载波通信单元、数据传送通信单元等部分组成。集中器既要做上位机的从机，又是载波电表的主机，其软、硬件的设计要求从根本上保证系统可靠、稳定。主控器是集中器的核心，数据的采集、处理与传送都是在主控器的控制下进行的，外部扩展数据存储模块和时钟模块。数据存储器主要用于存储参数、变量、集中器自身的参数、所负责电表的参数以及电表电量等；实时时钟为集中器定时抄表提供时间标准；上行通道即集中器与上位机之间的通信线路，采用公用电话网络作为通信介质，上位机与集中器进行通信时要设置集中器连线所连接的电话号码；下行通道即集中器与载波电表之间的通信，采用以SSC P300为核心的电力载波方式进行抄表通信。

（三）集中器主控器的设计

在集中器的设计中，单片机既要与上位机通信，又要和电话网进行通信，所以需要两个串口。本文采用W77E58作为主控制器，在它的控制下进行数据的传送与接收。在它内部20kB的程序存储器，而且扩展能力强，完全能满足系统的要求。W77E58是一个快速8051 兼容微控制器；它的内核经过重新设计，提高了时钟速度和存储器访问周期速度。经过这种改进以后，在相同的时钟频率下，它的指令执行速度比标准8051 要快许多。一般说，按照指令的类型，W77E58的指令执行速度是标准8051的1.5-3倍。整体来看，W77E58的速度比标准的8051快2.5倍。在相同的吞吐量及低频时钟情况下，电源消耗也降低。由于采用全静态CMOS设计，W77E58能够在低时钟频率下运行。W77E58内含32KB Flash EPROM，工作电压为4.5V-5.5V，具有1KB片上外部数据存储器，当用户应用时使用片上SRAM代替外部SRAM，可节省更多I/O口。

三、结论

随着社会经济与科学技术的发展，对电能的消耗已成为供电企业和广大用户共同关注的重要话题，同时需要从节能降耗和科学合理抄表统计角度对抄表系统及其它供电设备进行深入研究，采用电力线载波抄表系统通过对数据的科学分析和准确判断，实时了解电力用户的客观真实信息，制定科学而系统的抄表系统，有利于促进电力企业和谐发展。

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