智能抄表電力規約轉換器設計

劉丹　伏冬紅　施貴軍　唐志鵬　劉興剛

[摘 要]針對國網07規約表新裝、更換等應用所引起的國網97規約終端不適應的問題，本文設計了一種用于進行國網07規約與97規約進行規約轉換的智能規約轉換器。首先詳細分析了智能規約轉換器的設計原理，然后詳細描述了規約轉換器的主要硬件電路和軟件設計流程。實際應用證明，智能規約轉換器能夠保證97規約負控終端系統實現實時抄表，并且能夠高度保證數據的完整性，適用于負控終端系統實現電能抄表，具有實際應用意義。

[關鍵詞]規約轉換；07規約；97規約；電能抄表

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.02.037

1 引 言

目前，用電信息采集系統各類抄表設備已經得到廣泛的推廣應用，我國要求實現用電信息采集全覆蓋全采集。隨著越來越多的設備投運，現場運行的用電信息采集終端種類繁多，通信規約不統一的問題在一定程度上限制了用電信息采集工作。為了保證用電信息采集全覆蓋全采集的實現，傳統的方法是對原有設備進行大量更換，而這種方法會造成資源的大量浪費。因此，針對傳統用電信息采集系統改造的方法一直被廣泛研究。

本文提出了一種基于規約轉換方式的用電信息采集系統改造方法，并以此為基礎設計了智能電力規約轉換器。該智能電力規約轉換器能夠成功解決DL645—1997規約用電信息采集終端無法抄收DL645—2007規約計量表的問題。無須更改用電信息采集終端任何的軟、硬件設計即可實現規約轉換，可用于輔助用電信息采集終端完成抄表、購電等重要功能。

2 設計原理

智能規約轉換器要求能夠進行不同規約設備之間的數據接入和接出，使DL645-1997負控終端能夠通過原有規約控制DL645-2007電能表完成實時抄表工作。

智能規約轉換器的設計原理如圖1所示，規約轉換器通過內部485接口1與負控終端485接口連接，當規約轉換器接收到負控終端以DL645-1997規約格式發送的抄表命令后，自動判斷抄收數據類型，通過內部查表尋找與之對應的DL645-2007規約表數據格式并自動轉換通信速率、重組報文，通過內部485接口2發送給DL645-2007規約表。

規約轉換器通過485接口2接收到DL645—2007規約電能表返回的數據后會判斷數據的合法性并重組報文，將正確的數據以DL645—1997規約格式通過485接口1反饋給負控終端，自此完成DL645—1997到DL645—2007規約轉換，實現用電信息的采集。

3 硬件結構及功能

規約轉換器主要由CPU、電源模塊、485通信單元組成，其中電源模塊與CPU及其內部存儲空間組成了基本的處理器工作平臺，在此基礎上進行485通信功能擴展。系統硬件結構如圖2所示。

CPU是對不同規約之間進行相互轉換和數據流處理的核心部分，設計采用W77E516作為系統工作的微控制器。W77E516的功能是完成DL645—1997與DL645—2007規約之間的相互轉換，同時根據需求以特定格式接收或發送電能數據信息。W77E516具有比標準8051更快的指令執行速度，按照指令的類型進行比較，W77E516的指令執行速度是標準8051的1.5～3倍。而且在相同的吞吐量和低頻時鐘下，具有較低的電源消耗。由于采用全靜態CMOS設計，W77E516能夠在低時鐘頻率下運行。W77E516內含64KB具有ISP功能，可區域尋址的Flash EPROM，用于存儲裝載程序的4KB輔助Flash EPROM，工作電壓為4.5V～5.5V，具有 1KB片上外部數據存儲器，能夠滿足規約轉換器對CPU的需求。

通信模塊完成規約轉換器與負控終端和電能表之間的485通信功能。負控終端通過485通信接口向CPU發送和接收DL645-1997規約格式的指令和數據，而CPU也通過485通信接口將經規約轉換后的數據以DL645-2007規約格式發送到電能表，并接受電能表返回的數據，以此來完成整個控制鏈路和數據鏈路的通信功能。

考慮到工業現場中惡劣的工作環境和諸多大型設備對規約轉換器的干擾，設計采用MAX813看門狗電路來處理由于CPU工作異常等故障現象所引起的系統非正常運行現象。當CPU程序“跑飛”或進入“死循環”時，看門狗電路產生復位信號，引導CPU程序重新正常運行。

4 軟件設計

CPU通過內部程序控制電路正常工作，CPU程序設計分為初始化程序、驅動程序和主控程序三部分。轉換器上電后首先進行程序的初始化，初始化結束后進入主控程序控制規約轉換器工作。

4.1 初始化程序設計

初始化程序部分用于完成規約轉換器的初始上電后初始化工作，對電路各硬件進行初始化配置，程序設計流程如圖3所示。

4.2 主控程序設計

主控程序用于進行規約轉換器的整體工作控制，保證轉換器的控制流正常工作，主控程序設計流程如圖4所示。

5 結 論

本文介紹了一種基于W77E516單片機的智能電力規約轉換器的設計方法，詳細論述了設計的主要硬件電路構成和內部軟件設計流程。研究和實踐表明，本文所設計智能電力規約轉換器能夠解決DL645—2007通信規約計量表無法被DL645—1997用電信息采集終端抄收的問題。采用該智能電力規約轉換器無須更改用電信息采集終端的任何軟、硬件即可實現規約轉換，使得不具備DL645—2007計量表通信規約的DL645—1997用電信息采集終端得以繼續使用，降低了網絡改造的人力物力投入，具有實際意義。

參考文獻：

[1]徐恩生，陸奎.基于ARM智能電力協議轉換器的設計[J].電腦知識與技術：學術交流，2006（9）：177-178.

[2]桑偉，王少榮.基于ARM的通信規約轉換器的設計[J].電工技術，2007（4）：44-46.