基于物聯網的智能電表數據采集器設計

初亮+丁進中

摘 要：電力企業需要對智能電表進行監控，本文介紹一種基于物聯網的智能電表數據采集器。此采集器擁有獨立的TCP/IP網絡協議棧，也提供API函數接口，支持的通信協議是基于RS485總線的Modbus。這些功能支持智能電表進行數據的采集，并可幫助其實現遠程操控及雙向網絡傳輸。采集器的適用環境廣泛，實用性較強。

關鍵詞：物聯網；智能電表；數據采集器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.130

0 引言

基于社會的不斷發展，物聯網已具雛形，智能電網發揮著重要作用。傳統電表已經不再能滿足發展需求，智能電表將完成傳統電表的替代。目前有多種遠程抄表系統，如專用光線網絡的方式、電話交換網絡的方式、GPRS方式等。以上這些方式不論是在成本，還是在功耗等方面，都各有優缺點。電力企業需要一種新型的，集合各種優點于一身的采集方式[1]。

1 基于物聯網的智能電表數據采集器的整體介紹

1.1 基于物聯網的智能電表數據采集器的工作流程

數據采集器工作流程如下：

（1）進行數據的采集與處理工作，此項工作通過RS485總線終端智能儀表節點完成；

（2）進行協議的轉換；

（3）開始TCP/IP網絡協議的封裝打包工作；

（4）將數據上傳至互聯網，此步通過網絡接口進行，以供上方監控平臺使用。

1.2 基于物聯網的智能電表數據采集器的功能概述

在進行數據采集的同時，采集器還可接收遠程發來的命令，并將命令下達至智能儀表的節點，從而實現網絡的雙向通信與控制效果。此外，采集器承擔著本地存儲、調試等多項功能。因此，數據采集器從本質上是一個集網關、數據采集功能于一體的智能型設備[2]。

基于物聯網的智能電表數據采集器的功能圖如下圖1所示。

2 基于物聯網的智能電表數據采集器的系統硬件設計

2.1 基于物聯網的智能電表數據采集器的系統硬件設計原則

系統硬件設計的基本標準是功耗、可靠性。此外，還應兼顧現場的供電及日后維護等條件，主要包含以下幾點內容：

（1）低功耗方面：利用低功耗主控器、外圍功能元件來實現低功耗；

（2）多方案供電方面：在實際應用中除外部電源適配器供電方式外，還應為其配備后備電池；

（3）易維護性方面：通過預留本地的調試接口，利于日后的現場維護，此外還可通過遠程網絡的方式來進行授權維護；

（4）抗干擾及穩定性方面：在選用器件時，選擇抗電磁干擾性強的器件，將電路進行合理規劃，設計科學的分區布局，實時監測系統運行環境的溫度、濕度并及時進行異常情況處理等。

2.2 基于物聯網的智能電表數據采集器的終端設備硬件設計

數據采集器的硬件采取的形式為模塊化的電路設計，主要包括：

（1）網絡模塊：網絡接口選用HR911105A的RJ45接口，因其內部含有網絡信號的電壓轉換、保護電路，所以減少了PCB的設計負擔。

（2）數據存儲模塊：在模塊的選擇時，選取小型大容量記憶卡作為存儲載體，減少占地空間，提升存儲容量。

（3）微控制器最小系統模塊：選取滿足系統設計要求的飛思卡爾的超低功耗微控制器為主控芯片，因其除包含數個接口外，還集成了功能較為強大的定時裝置、高速模擬比較器。

（4）電源管理模塊：系統需要對核心部分、采集部分、網絡部分的電路采取穩壓設計以降低功耗及干擾因素。

3 基于物聯網的智能電表數據采集器的系統軟件設計

數據采集器的系統軟件設計所采取的設計思路是服務式、層次化。

（1）對應不同的模塊，編寫出相應的通信協議代碼、驅動代碼；

（2）ARM內核的NVIC可幫助系統實現對多種任務的進行實行任務的交替、調度，最終實現多任務處理過程；

（3）對程序代碼結構進行優化，最終使得系統對于任務的響應速度、對于物聯網資源的利用率都有巨大的提升。

因為數據采集器的軟件設計所采取的設計形式是服務式的，所以系統設備就以服務進程方式進行，主要包括：初始化服務、后臺調試服務、文件系統服務、網絡傳輸服務、數據采集服務。

因為數據采集器的軟件設計所采取的設計思想是層次化結構，所以系統利用層次分明的結構來進行一系列的程序設計，這些對于代碼的編寫、修改以及閱讀都非常有利。主要包括：TCP/IP網絡協議、存儲設備驅動。

4 結束語

基于物聯網的智能電表數據采集器利用計算機技術、測量技術、通信技術的優勢結合，將數據采集、電量計量及數據處理集合于一體，亦將居民電量能耗信息、綜合處置相結合。其不但可節省人力資源成本，又提高相關管理部門的工作效率。對電力客戶現有的電表資源及通訊資源加以充分利用，并借助于計算機信息網絡建立起一種智能電表數據采集器，大大提升電力企業的工作效率，降低成本，增加經濟效益[3]。

參考文獻：

[1]亢紅波，許宏科.基于物聯網的智能電表采集系統設計[J].單片機與嵌入式系統應用，2015（08）：15-18.

[2]亢紅波，許宏科.基于物聯網的智能電表數據采集器設計[J]. 自動化與儀器儀表，2015（04）：230-233.

[3]阮蕾.居民用電表遠程智能數據采集系統設計[J].黑龍江科技信息，2015（31）：129.