基于低壓窄帶載波通信的電能表數據采集器的設計

張珂

摘 要：隨著國內電力載波通信技術的不斷發展及兩網改造工作的不斷深入進行，電能表的電量采集模式也在逐漸由效率低下、出錯率高的人工抄表改變為自動抄表模式。本文主要是對以PLCI38-III-E型載波芯片和stc12c5a60s2型單片機為核心，下行主要采用RS485通信通道，上行采用電力載波（PLC）數據通道，以實現電能表的電量采集和電量存儲的電能表電量采集器的設計與開發進行原理方面的探討。

關鍵詞：電量采集 電能表 單片機 RS485 電力載波 PLC

中圖分類號：TM642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（a）-0010-01

隨著兩網改造工作的不斷深入進行，供電質量有了很大提高。同時，“一戶一表”工程的實施也有效增加了用電透明度，提高了顧客滿意率；但抄表及催費的工作量卻大量增加。只有實現自動抄表才能提高工作效率，節省人力、財力達到省公司要求的“減員增效”的目標要求；而且可以方便地實現電費結算，正確計算臺區線損，有效防止竊電，使供電管理向電子化、信息化方向邁進。

自動抄表系統研究的目的和意義十分廣泛，而基于電力載波的自動抄表系統則有以下特點：（1）數據采集處理及存儲功能，可設置每月自動凍結電量，自動抄表時間，可設成每小時自動抄收載波表電量（每天/每月/每年）。（2）可實時集中抄表，實時收集下轄全部電表的累計電量、各種數據、參數。（3）可設置電價，根據抄讀的電量進行自動電費結算。（4）遠程控制電表，可以對有竊電行為或其他需要進行停電操作的用戶進行跳閘停電操作。（5）自診斷功能，系統自動檢測控制模塊、數據存儲等單元是否工作正常。（6）電力線載波抄表方案主要實現遠程抄表、遠程控制，運用先進的管理手段，方便推廣。（7）采用的是是唯一不需要線路投資的有線通信方式。（8）信息傳輸穩定可靠，路由合理、可同時復用遠動信號。

本文主要就電能表電量采集的單一功能實現的方式實現電能表的電量采集和電量存儲的基于低壓窄帶載波通信的電能表數據采集器的設計與開發進行原理方面的探討。

1 關于硬件設計時需要考慮用普通光耦做高速通信的隔離

兩個芯片之間的電源需要相互獨立，所以通信需要做隔離，手頭沒有高速光耦，又加上經濟問題不舍得買，考慮拿普通光耦來做隔離，問題來了，一般pc817，tlp521開關速度超過10 kHz信號衰減就很明顯了。

所以大部分時候電路來做通信隔離，5 V電源時R4選3K通信速度最快，這個時候實際5 V單片機串口通信速度能夠達到14400 bps。

在實際應用中，如果是硬件串口，測試使用9600 bps，通信是正常的，但是超過9600后，通信效果隨單片機的型號存在差異。

如果更高的通信速率，那么通常情況下就需要選擇高速光耦，像6N138就能達到100 kbit/S，還有更高速度的光耦。

答案是肯定的，如圖1，為高速光耦6n138內部結構圖。

于是根據該電路就有了如圖2的電路。

測試結果表明。該電路在115200 bps波特率下，通信正常。串口助手發送幾百行數字，沒有發現誤碼。

2 關于載波和RS485抄表流程的軟件設計思路

2.1 載波抄表流程設計

當收到數據集中器的下發抄表命令后，抄表指令通過載波傳送到采集器的載波通信模塊，載波通信模塊數據接收完成后，將抄表命令傳遞給采集器CPU進行處理，采集器CPU根據接收到的抄表命令。

2.2 RS485抄表流程設計

由于485抄表流程是異步執行的，為了簡化程序邏輯，整個抄表過程分兩個線程控制：（1）抄表控制線程：該線程為抄表業務邏輯控制層，根據客戶要求制定抄表邏輯，并根據抄表邏輯自動控制抄表過程；（2）數據異步接收、解析線程：該線程負責485模塊異步數據的接收工作，并根據解析情況控制抄表控制線程的進度。

3 結語

基于低壓窄帶載波通信的電能表數據采集器的設計借鑒了市場上其它產品的研究成果，采用PLCI38-III-E型載波芯片和stc12c5a60s2型單片機自行設計，解決了人工抄表效率低，錯誤率高的問題。滿足了電力系統對抄表快捷性，準確性的要求。具有很高的實用價值和推廣價值。