基于RFID的智能電表的研究與實現

廣東省輸變電工程公司 邱慶鋒

基于RFID的智能電表的研究與實現

廣東省輸變電工程公司 邱慶鋒

目前的售電公司針對用電用戶一般采用發卡和收卡來實現售電管理，但電力計量表存在數量龐大、分布廣等特點，傳統的人工管理存在較大困難。本文將RFID技術應用到傳統電表中，使得電表的管理達成智能化、高效化。

無線射頻天線；讀寫器；RFID標簽；智能電表

0 引言

目前的售電公司針對用電用戶一般采用發卡和收卡來實現售電管理，人工抄表采用讀取條形碼的方式識別出電表ID，數據的采集和錄入采取手工操作，效率低下、差錯率高。隨著智能電網在中國迅速發展，智能電網能將能源生產和分配最佳整合，在發電企業與用戶之間形成柔性供應鏈，促進能源分配最優化。本文將RFID技術應用到傳統電表中，使得電表的管理達成智能化、高效化。

1 基于RFID的智能電表組成

基于RFID的智能電表包括由上位機(預付費電能表管理系統)和下位機(基于RFID的相電能表)構成的主從式結構。智能電能表包括計量采集和數據存儲、傳輸功能，以ARM處理器為核心實現采集、計量和對用戶負載進行監控，上位機管理系統采用后臺機在線值班模式，實時的對上傳數據進行顯示、分析和計費管理，射頻卡以無線射頻天線為載體，以RFID射頻方式從上位機和智能電表二者之間進行信息交換。

基于RFID的智能電表系統總體架構如圖1所示：

圖1 基于RFID的智能電表系統總體架構

智能電表總體框架：

智能電表整體框架包括：ARM主控單元部分，存儲系統，通訊接口，射頻收發電路，LCD和觸摸屏等6個部分組成。ARM主控單元是整個硬件系統的核心，除了完成所有的邏輯運算和控制功能外還存儲用戶數據，此外保留了通訊接口和其他功能模塊的協議接口。射頻收發電路包括射頻發送和射頻接收電路，射頻發送電路用來發送讀寫器到RFID標簽的射頻信號；射頻接收電路用來接收天線端傳來的標簽信號，再將該信號送入ARM微處理器進行處理。電子標簽將數據存儲在起來，讀寫器通過訪問射頻收發器單元實時讀取標簽的信息。

2 讀寫器控制單元設計

讀寫器被設置在上位機上，通過無線方式與RFID標簽進行數據交互，當待抄表的計量表已通過上位機正常識別，數據傳輸無異常時，讀寫器狀態正常；如發生通訊異常時，讀寫器發出警報信息，同時狀態顯示在哪個環節出現問題。同時讀寫器的設計考慮了與企業內部局域網的連接，可以通過以太網端口或Wifi接口連接到企業內部網絡。具體的硬件結構圖如圖2所示。

圖2 讀寫器的硬件結構圖

3 基于RFID的電子標簽設計

智能電表是針對用戶層面的一種電力終端表計，我們將RFID電子標簽附著于電表上，電子標簽如圖3所示。

圖3 電子標簽圖

在電力終端設備的設計中加入RFID接口，智能讀卡器往往可以脫離PC管理機工作。智能讀卡器是主動操作的，只要RFID射頻卡進入讀卡器大致射頻能量范圍，智能讀卡器便可讀寫卡中相關指定扇區的數據這樣通過移動讀寫器可以將信息通過RFID無線直接傳輸到控制中心。

4 基于RFID電力終端軟件體系結構

基于RFID電力終端軟件主要由通信管理部分、數據處理部分、數據采集部分、人機界面、負控管理、系統管理等部分組成；按層次分主要有通道層、規約層、數據層、任務層、表計接口層等；通信管理部分主要包含通道層和規約層，數據采集部分主要包含數據層、任務層和表計接口層，如圖4所示：

圖4 電力終端軟件體系結構

當主功能模塊收到RFID天線傳輸的數據后，后臺軟件會對這些數據做一系列的處理，這些處理包括：數據檢驗、數據過濾、數據分析、數據處理。在RFID數據經過校驗后，會將正確的數據傳送給后續處理模塊—數據過濾模塊，數據過濾模塊會對收到的重復信息或冗余信息進行過濾操作；經過過濾的數據再送到數據分析模塊，分析模塊會對收到的信息進行分類，依據數據的類型將數據送到相關應用處理模塊中進行處理。以上所有功能模塊通過通用模塊和用戶可定制模塊實現。通用模塊完成基本的必須的系統功能，用戶模塊是針對用戶的不同需求，作為對系統的一個擴展，用戶如果有需要可以增加他們的用戶模塊。

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邱慶鋒（1988-），本科，就職于廣東省輸變電工程公司，主要研究方向為變電站調試、智能電網。