远程抄表系统毕业设计 已删 (2)

1、湖南水利水电职业技术学院Hunan Technical College of Water Resources and Hydro Power毕业设计成果Graduation practice achievement设计项目名称： 远程抄表系统设计 姓 名： 黄 思 进 专 业： 电力系统自动化 班 级： 15级电力五班 学 号： 201222050007 指导老师： 李 靖 任务下达日期： 2017 年 11 月 17 日设计完成日期： 2017 年 12 月 24 日目 录第1章电力载波抄表系统总体设计.1.1 自动抄表系统的组成第2章 数字电表的设计.2.1系统功能需求分析 2.1.1主要

2、性能参数 2.1.2 应完成的主要功能2.2系统硬件设计 2.2.1电能计量模块设计 2.2.2液晶显示模块选择2.3系统软件设计2.4 本章小结第3章 介绍低压电力线载波通讯方案.3.1电力载波远程抄表系统功能分析3.2 系统总体构架设计思路3.3 系统的组成和各部分的功能3.4 本章小结第4章 电力线载波抄表系统集中器软件的设计.4.1通信协议的制定4.2集中器软件设计4.3本章小结第5章 介绍上位机管理软件的设计思路.5.1系统的硬件设计及工作原理5.1.1通讯方式选择5.1.2 传输接口和协议选择5.2通讯协议52.1远端单片机控制系统的串行通讯设计5.2.2数据管理器管理数据库5.2

3、.3建立数据表5.3本章小结 总结.参考文献.第一章 电力载波抄表系统总体设计1.1自动抄表系统的组成图3-1是基于电力线调制解调器的自动抄表系统的结构示意图，系统以供电局的计算机抄表中心为主站，以电力变压器10KV/380V供电的每个小区为相对独立的子系统，在这些子系统中，集中器又相当于主站，电能表以及数据采集器为从站。采集器的作用是采集多个用户的电表数据，通过电力Modem的调制解调，并经22OV低压电力网用载波方式送到集中器，集中器再通过公用电话网或专用通信网(如光纤或无线电通信等)把数据传送到供电局的计算机抄表中心。 由系统结构示意图可知，自动抄表系统是将电表数据从下而上逐级传送完成，

4、也可以根据实际情况的需要进行数据双向传输，该系统可分为五个主要组成部分：(1) 电能用户表；(2) 数据采集器；(3) 电力线Modem；(4) 集中器；(5) 计算机抄表中心。 ModemModem电话网专业网电力线Modem采集器集中器低压/电力网电力线Modem供电局计算机抄表中心电能表 图3-1 系统结构示意图4抄表系统各组成部分的功能是:(1) 电能用户表对于电磁式电能表，需在表内加装一只传感器或光电模块，将电能表的数据转换成电信号输出；对于电子式电能表，则可以直接利用表的电脉冲输出。(2) 数据采集器数据采集器实际上是计一费终端和数据集中器中间的一个桥梁，它的主要功能在于同时采集多

5、个用户电能表的电量脉冲信息，并经过处理和存储，通过电力线Modem沿低压电网送到集中器上。并且当接收到上层的命令时，数据采集器能够向计费终端发出抄表或者断电的命令。(3) 电力线Modem主要是对采集器送来的数据进行调制和解调，增强对低压电网的抗干扰性和减低信道传输的误码率。(4) 数据集中器数据集中器是安装在小区的配电站区的，它的功能是向采集器发出命令，抄收计费终端的数据，然后再通过公用电话网络传送给远方的数据中心；数据集中器能够接收的数据中心的命令，并把相关命令再转发给辖区内的指定的数据采集器。此外，数据集中器还可以定时抄收计费终端的数据，并把抄收到的数据存储到数据存储器中。(5) 计算机

6、抄表中心通过通信网对集中器送来的电量数据进行分类和储存、校对抄录时间、设置用户编号和抄表时间、发布抄录命令以及统计和计价、为收取电费、线损计算、负荷控制提供服务。(6) 集中器与数据中心之间的通信数据集中器与数据中心之间的通讯采用公用电话网络作为通讯媒介，自动抄表系统的数据中心与数据集中器之间的通讯主要是电话线Modem模块之间的通讯，在电力线载波集中抄表器的设计中，我们利用单片机进行两地间的数据通信，通过单片机及对应的控制电路和FSK(移频键控)调制解调器（MODEM）相结合，借助现有的公用电话交换网（PSTN进行传输，来实现两地之间的数据通信功能。PCMODEMRS-232/TTL转换电话

7、网接口单片机电话线接口MODEM图3-2 集中器与上位机的通信框图【7】发送端从PC的RS-232口出来，经RS-232/TTL电平转换芯片将RS-232电平转换成TTL电平送到调制解调器，调制解调器将数据调制成音频信号，通过电话通信网传到对方的调制解调器，对方的调制解调器将音频信号解调成数据，再送到对方的单片机中，进行数据处理。反之亦然(7) 数据采集器与数据集中器之间的通信低压电力线载波数据不能够跨越变压器，所以数据集中器基本上是被设置在住宅小区配电站以内，数据采集器与集中器之间的通讯采用低压电力线载波通信方式。 第二章 数字电表的设计2.1系统功能需求分析本系统是远程抄表系统的前端部分,

8、主要包括电能的计量、液品显示.RS-485通信和供电电源四部分。电能计量部分的核心是计量芯片; 前端采样应分别采集电流和电压信号并数字化处理输入给单片机:单片机完成数据处理后控制液品显示用电量,抄表通信时单片机控制串口通信芯片与中继器进行数据交换。实现数据的实时采集，自动传输。2.1.1主要性能参数工作电压 :220Vt 10%测量范围: 5A40A,Ib=5A,Imax=40A,符合用户常用要求。仪表常数: 3200imp/kwh测量精度: 1.0级(误差s1%)功率损耗; 1W显示方式: 用电量显示8位有效数字，6位整数，2位小数; 通信时的汉字注释显示2.1.2 应完成的主要功能(1)计

9、量芯片功能电能计量使用小信号采样,高精度计量,模数转换和长频转换高度集成的芯片，实现电最的脉冲输出，并配以发光二极管做脉冲输出指示。(2)液晶显示功能液品显示在显示初期为OOOOOO在用电量到0.01W时，显OOOOOO 用电量增加时，显示相应增加。开始串口通信时，液晶显示“通信开始”字样，通信完成若成功则显示“通信成功”字样，若失败则显示“通信失败”的字样。(3)电源功能电源电路除采用双路电源外，还设有电池做备用电源，防止在停电时保存的电量丢失。(4)通信功能RS-485的差分通信方式增強了抗干扰性，其外围电路的设计提高了通信的稳定性1231。.2.2系统硬件设计2.2.1电能计量模块设计该

10、模块包括电流采样，电压采样，脉冲输出和辅助电路。该模块是独立电源供电，使用光电耦合器向单片机传输数字信号,有效抑制电网的强干扰对单片机控制系统的影响2.2.2液晶显示模块选择(1)液晶模块选择显示模块均是使用KS0108B及其兼容控制驱动器，同时使用KS0107B及其兼容驱动器。因为KS0107B不与MPU发生联系只要提供电源就能产生行驱动信号和各种同步信号。(2)液晶显示电路根据液品管脚功能，绘制单片机与液品模块连接图。 2.3系统软件设计系统的软件应用灵活，修改方便，具有较强的移植性，可以允分扩展系统的功能。本系统的软件功能程序包括电能表初始化主程序，电能计量中断子程序，液品显示子程序，R

11、S-485通信中断子程序。2.3.1电能表主程序设计电能表主程序主要功能是完成单片机的初始化，中断初始化，液晶显示初始化等细节程序。2.3.2 电能计量子程序设计电量存储在30H33H 单元内，以BCD码的形式存储，每个字节存储电量数的两位。2.3.3 液晶显示子程序设计液品显示子程序比较复杂，将液晶分位左，中，右三列，分别对应写指令，写数据和读数据，结构形式基本一样，只写指令。2.4 本章小结本章进行远程抄表系统前端部分的功能设计，该部分实现了用电量计量，用电量的液品显示和RS-485 通信的功能。通过理论分析的方法，完成该系统功能的可行性分析。第3章 介绍低压电力线载波通讯方案利用低压电力

12、线来传输用户用电数据,实现及时有效收集和统计，提高电力系统对供电质量监控能力和管理水平，是目前因内外公认的一个最佳方案。低压电力线是最为广泛的一种通讯媒介网络,采用合适技术充分用好这一现成的媒介，使低压电力线载波抄表系统达到实用化的需求，所产生的经济效益和生产效率是显而易见的。3.1电力载波远程抄表系统功能分析低压电力线载波通信，是自动抄表系统(集中抄表系统)的一个至关重要的环节,其解决方案的优劣直接影响到系统的技术水平和实用性。一个合理的解决方案必须是在充分地考虑了以下问题的基础上提出:(1)采用合适的工作频段早在20 世纪90 年代初期，欧洲就提出了目前全世界范围内在低压电力线上的任何方式

13、载波都遵循的BSEN50065标准,此标准对在低压电力线上的载波信号的频段、频带和电平等做出了具体的规定。此标准的第一部分即:对频段的规定3kHz9kHz为电力公司专用频段，9kHz-95kHz 为电力公司和经电力公司许可的用户使用的频段，95kHz-148.5kHz为其它用户使用的频段10。鉴于此，抄表系统所使的载波频段应选择在95kHz以下.关于这一点，在我国的行业标准低压电力用户集中抄表系统技术条件中也已明确提出。(2)达到可靠的传输速率(波特率)的- -项重要技术指标，也是载波通信技术水平的- -项重要标志。对于抄表系统而言，考虑到成本的因素，不宜追求很高的传输速率，在性价比合适的前提

14、下，通常速率应在2400bps 以下。对实际使用来讲，从.300bps-2400bps 都是可行的,但如果太低(比如300bps以下),仅仅用于抄表尚可以使用，但如果系统具备较强的管理功能，比如: 多费率数据、相位平衡数据、线损数据和频繁抄表等,太低的传输速率就无法满足了。另一方面，速率太低，多数情况下需要设备(电表端和集中器) 长时间地处于发送状态，整体功耗就会很大。(3)实现双向通信功能在抄表系统中，低压载波通信必须是双向的，这是因为: 0通信中继的需要。低压电网上的噪声是客观存在的，对载波信号所呈现出阻抗是动态，而且在用电负荷很大时，阻抗是很小的。因此，设计通信时必须面对这个客观，再加上

15、其他因素的影响，数据通信的成功率会受到较大的影响，有时甚至会造成从集中器到表端设备通信的持续性失败，这种情况下就需要系统有中继的功能，而切实可行的中继方法是表端设备在集中器的于预下进行中继，这就要求从集中器到表端的载波通信必须是双向，否则将会严重影响数据的完整性，有时会因为通信的原因迫使用户更换采集模块，其麻烦程度和经济损失是不言而喻的。2 多费率和管理的需要。比如校时、断电等功能，要求通信必须是双向的。(4)采用窄带调制解调方法出于电力线信道中存在着大最的无规律干扰源，有窄带的，也有宽带的，且电力线的阻抗随机变化,对载波信号的裒减很大。目前市场销售产品的调制解调方法大致分为点频和扩频，而扩频

16、又分为窄带扩频和宽带扩频。通常点频方式需要较大的发送功常，载波信号幅度有可能超出规定标准。宽带扩频容易提高传输速率，但成本较高，而且占用较宽的频带也是资源的浪费。窄带扩频是一种比较经济的方法。为了排除以上所述的各类干扰，选择适合电力网络环境的通信技术是关键。在目前主要使用两种方式，即窄带通信方式和扩频通信方式。因为窄带通信技术价格低廉并且较为容易实现，所以在以往的应用中比较流行。然而，要实现用于家庭或经济产品上的通信与控制网络，需要更为可靠的多用户环境的通信技术。因此，目前电力线载波通信的首选。扩频通信相对于窄带通信而言具有一定技术上的优势,主要表现在抗干扰方面。因为扩频载波信号的带宽通常较大

17、(几十至几百kHz),所以其受干扰的频率范围所占比例相对减小，就是各种噪声仅能影响到一小部分所要传输的信号,而大多数的信号都能够完整、正确的到达目的地。3.2 系统总体构架设计思路设计以经济实用,满足人们需要为目的,以制作实用价值的产品为设计理念。本系统选择的元器件几乎全部是通用器件，使硬件电路搭建方便: 并且尽量缩小硬件使用数量，软件可以实现的功能就不使用硬件,保证了最小量干扰或破坏因素对硬件电路的影响。从用户和管理者使用便利方面着手功能设置，免去人工操作,实现自动化，电能表自动完成电能计量,数据显示，数据传输，实现真正意义上的自动化。3.3 系统的组成和各部分的功能数字电表: 主要包括电能

18、的计量、液品显示、RS-485通信和供电电源四部分。电能用计量芯片采集电流和电压，传送到单片机计数器的端口,单片机完成数据处理后控制液品显示用电最，抄表通信时单片机控制RS485 芯片与中继器进行数据交换。实现数据的实时采集,自动传输.通讯部分:以微处理器与专用电力线载波芯片构成中维站,能通过RS-485 总线实现中继站与电表实现主从式通讯; 通过RS-232 总线实现中继站与上位机进行一对一通讯。中继站是整个通讯部分的主体，再配合外围电路，构成了抄表系统的通讯部分。系统通讯模块以生产现场的双绞线为通讯媒介，上位机利用的通讯控件实现与下位机的远程实时通讯。上位机处理部分:在监测现场，为了降低系

19、统的成本,采用单片机系统作为数据采集和记录单元。在中央控制中心，利用上位机来完成人机会话，实现监测现场的通信。上位机的通讯程序用VB 专门实现串行通讯的MSCOMM控件编写，并实现数据的访问.3.4 本章小结本章介绍低压电力载波远程抄表系统的功能需求，说明本系统在工作中存在的基本问题，提出解决现存问题的技术方案; 阐述本系统总体设计思想和设计方案，介绍数据数字电表、中继器、传输模块和上位机模块的主要功能。第四章 电力载波抄表系统集中器软件的设计电力线载波抄表系统的硬件水平由于扩频技术的发展使其成为可能，而软件中继技术的应用使这种可能变成了现实。要使这种建立在网络协议层面上的通信系统得以正确实施

20、，优秀的软件和良好的协议是必不可少的。系统中各个单元都有对应的软件，整个系统的软件设计既是一个整体，又相互独立，其间靠通信协议相互联系。本章首先介绍集中器与上位机以及集中器与载波电表之间的通信协议，然后介绍集中器的软件设计。4.1通信协议的制定参照电力部门规定的通信协议来编写的，在某些具体的数据格式上采用了特有的组织方式。协议的规定是为了使用方便、系统可靠。4.2集中器软件设计集中器系统软件使用汇编语言进行编写，这种语言具有功能浮点运算、编程灵活和移植性好等优点。(1) 软件设计思想在设计应用软件时应考虑以下几个方面：(a) 程序承担的任务：任何一个系统的设计，都有其具体的应和明确的工艺要求，

21、程序设计的首要任务就是确定程序承担的任务；(b) 程序的时序性:单片机是按时序运行的，所以程序设计到抄表任务的执行顺序和时间要求；(c) 程序的适应性：所谓适应性，就是要求设计出来的程序灵活性，主要考虑将来系统扩展时必要的修改，增加通用性。采用模块化设计思想，将一个完整的程序分成若干个可以成某些任务的功能模块，各模块又分为若干子模块，各子模块之间立，又受主程序模块的控制。使整个系统层次分明，逻辑清楚，便的编制、调试、修改和查错。利用模块化技术，可以将错误控制限在模块内部而不影响整体，提高了系统的可靠性、灵活性和可维护性。(2) 软件设计任务根据集中器要完成的功能，软件结构主要包括：主程序模块(

22、集中器接收上位机的命令、集中器抄收下位载波电表的数据)、数据块、等。(a)上位机下发给集中器的指令全抄指令：上位机与集中器建立通信链路后下发的全抄指令，应将存储在RAM中的所有电表数据发送至上位机；集中器和载波电表的通信主要指集中器根据上位机下载的定时抄收电表数据；根据上位机下发指令实时抄收电表数据。(b)数据存储模块集中器会将抄收回来的电表数据进行处理、存储。当上位机下发抄表指令后，集中器便将存储在RAM的所有电表数据读出并发送至上位机。4.3本章小结本章简单介绍了集中器的软件系统。包括集中器与上位机以及集中器与载波电表之间的通信协议、集中器主程序的流程、集中器向上位机的数据传输流程。第五章

23、 介绍上位机管理软件的设计思路、绘制程序流程图在许多实时监测系统中，经常需要接收距离较远的测控点数据,如何快速可靠的实现数据的远程传输是监测系统必须解决的问题。在监测现场，为了降低系统的成本，往往采用单片机系统作为数据采集和记录单元。在中央控制中心，通常利用上位机来完成人机会话，实现监测现场的通信。5.1系统的硬件设计及工作原理5.1.1通讯方式选择控制中心作为系统的数据终端设备DTE (Da2taTeminal Equipment),负责实现对远端单片机系统的检测数据进行判别、存储等。上位机通过232通讯电缆与远端单片机装置相连，其传输速率为4800bps.端口数据传输速率可根据系统需要设为

24、1200bps19200bps.远端单片机装置性能检测系统通过光电编码器和AD 转换器对现场设备的性能参数进行数据采集，采用MAX-232 芯片与上位机进行数据传输从而实现对现场设备的控制和数值的传输。5.1.2 传输接口和协议选择使用Intel586/120PC机为上位机，通识程序使用VB 丌发，用8031单片机作数据采集的下位机，上位机作数据接收和数据处理中心站，下位机实时采集数据之后，进行简单的数据平均计算,当收到上位机发来的发送指令之后，开始向上位机发送数据。上位机无线通讯接口使用的是计算机的COM 口,COM 与MAX-232 相连,单片机的数字信号经过串口送入上位机。系统的通讯网络

25、，并非点对点的通讯，而是一点对多点的广播式通讯方式，因此,我们在通讯协议中增加站点识别码，每个站有自己特定的识别码，给下位机编码可以保证网络通讯的有序性。在发送过程中，由于干扰的原因数据传输出现错误，上位机不给下位机发送清楚命令数据保存，下次上位机发送传输命令之后，然后这些数据还会重新发送到上位机，这样可以避免线路带来的数据损失。在通讯过程中，除了规定合理的协议之外，为了保证通讯的正确性，在数据发送时适当地增加延时是必要选择的。5.2 通讯协议(1)通讯中数据的组成一桢数据由1位起始位,8位数据位，1位校验位，1位停止位共11位组成。(2)波特率波特率的一致性波特率为4800bps.测试系统的单片机的串口选用UARTO进行数据的发送和接收，为了得到准