一種多功能電表的設(shè)計(jì)問題研究

張意如

（遼寧建筑職業(yè)學(xué)院，遼陽 111000）

近年來，各行各業(yè)都在推動(dòng)產(chǎn)業(yè)向智能化方向發(fā)展，而電力行業(yè)也不例外。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的管理方法和發(fā)展模式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前使用的需要。隨著居民用電量的增大以及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，對(duì)于電表的功能就提出了更高的要求。因此，對(duì)多功能電表進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使其具備數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、不同時(shí)段的費(fèi)率計(jì)算、遠(yuǎn)程抄表等功能，在為用戶帶來便利的用時(shí)，也提高了工作人員的工作效率。

1 多功能電表的總體設(shè)計(jì)

單片機(jī)是一種集成電路芯片，它是一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，各類電子產(chǎn)品只要添加了單片機(jī)模塊，就能完成產(chǎn)品的升級(jí)，因此，在電表上使用單片機(jī)，使其能夠滿足當(dāng)前的使用需要，升級(jí)為智能電表。首先，電能經(jīng)采集芯片轉(zhuǎn)化成信號(hào)，并輸送到單片機(jī)，然后通過對(duì)脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，來完成電能的計(jì)量工作。存儲(chǔ)元件的使用能夠保證相關(guān)數(shù)據(jù)的安全性，使其避免因意外情況而損壞數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，時(shí)鐘芯片的使用保證了電表信息以及時(shí)間信息的正常顯示。最后，通信單元在多功能電表的硬件設(shè)計(jì)中也扮演了重要的角色，它可以為電網(wǎng)與單片機(jī)的通信提供橋梁。

2 多功能電表的硬件設(shè)計(jì)

2.1 電能計(jì)量單元

電能計(jì)量單元的工作原理是將電能轉(zhuǎn)化成脈沖信號(hào)，并傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，而轉(zhuǎn)化工作則需要通過計(jì)量芯片來完成，因此，計(jì)量芯片是電能計(jì)量單元的核心元件。計(jì)量芯片通過數(shù)字電路來進(jìn)行信號(hào)處理，電流及電壓的取樣均是經(jīng)由電阻來完成的，不過前者是錳銅電阻直采，后者則需借助電阻網(wǎng)絡(luò)來完成工作。計(jì)量芯片對(duì)采集來的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，然后通過脈沖的方式將處理過的信息輸送到單片機(jī)。

2.2 時(shí)鐘單元

多功能電表的時(shí)鐘單元主要借助時(shí)鐘芯片來保證時(shí)間的準(zhǔn)確性。時(shí)鐘芯片具有多個(gè)儲(chǔ)存器，而且還可以對(duì)日歷時(shí)鐘進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)閏年補(bǔ)償。除此之外，時(shí)鐘芯片還能根據(jù)不同情況，對(duì)控制數(shù)據(jù)以及串行數(shù)據(jù)的輸入輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.3 存儲(chǔ)單元

存儲(chǔ)單元主要依靠存儲(chǔ)芯片來儲(chǔ)存電量以及時(shí)間等信息。多功能電表設(shè)計(jì)中的存儲(chǔ)芯片主要具備體積小、使用方便、不易受環(huán)境干擾等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地完成數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，與此同時(shí)，接口方便，可以使其連接多個(gè)接口，來進(jìn)行不同的操作，實(shí)現(xiàn)不同的功能。

2.4 通信單元

通信單元是多功能電表遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)的主要通道，系統(tǒng)通過通信單元實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表、對(duì)情況進(jìn)行檢測(cè)等功能。傳統(tǒng)電表與多功能電表最大的不同，就是多功能電表具有完善的通信功能。通信單元的穩(wěn)定運(yùn)行極大地提升了管理工作的效率。當(dāng)前，用電管理部門積極推動(dòng)用電管理辦法向智能化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，而發(fā)展的基礎(chǔ)就在于自動(dòng)抄表系統(tǒng)的建立，這就要求多功能電表具備強(qiáng)大的通信能力，因此，通信單元在多功能電表的硬件設(shè)計(jì)中具有十分重要的作用。

3 多功能電表的軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

每一個(gè)單元機(jī)都設(shè)有自己的主程序，同時(shí)配合具有不同的功能單元的子程序，來完成相應(yīng)的工作。多功能電表的程序設(shè)計(jì)主要由主程序和中斷程序組成，首先，主機(jī)需要完成與各個(gè)分機(jī)的通信工作，主機(jī)和電網(wǎng)分機(jī)對(duì)地址進(jìn)行雙向判斷。當(dāng)分機(jī)地址正確時(shí)，就能夠傳輸故障信息以及電能計(jì)量結(jié)果，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)故障真實(shí)存在時(shí)，便會(huì)對(duì)其進(jìn)行斷電，將故障顯示出來。如在故障檢測(cè)中未發(fā)現(xiàn)異常，則應(yīng)繼續(xù)供電，使其累積電量，并通過讀取調(diào)制解調(diào)器芯片上的信息，來決定是否進(jìn)行計(jì)量信息的發(fā)送。

3.2 遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)程序設(shè)計(jì)

多功能電表一個(gè)重要的功能就是用戶能夠及時(shí)的完成電費(fèi)的預(yù)存與繳納，這為用戶帶來了極大的便利。遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)的控制程序流程如下：首先終端接收到主機(jī)發(fā)送的用戶信息及電能計(jì)量情況，然后檢查購電狀態(tài)是否需要更改，如需更改，則會(huì)清除購電控的狀態(tài)信息，如不需要進(jìn)行更改，設(shè)置購電控投入即可，最后程序會(huì)根據(jù)具體情況進(jìn)行狀態(tài)更換，以決定發(fā)出警告還是進(jìn)入保電狀態(tài)。

3.3 遠(yuǎn)程抄表程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)獲取用戶使用電能計(jì)量信息的方法，主要是通過計(jì)算電能計(jì)量芯片轉(zhuǎn)化的脈沖個(gè)數(shù)來完成，同時(shí)將這些數(shù)據(jù)有序?qū)懭胫蛔x存儲(chǔ)器，以供抄表時(shí)使用。當(dāng)用戶插入電卡時(shí)，電卡與單片機(jī)進(jìn)行通信，從而獲取電卡信息并將其自動(dòng)保存在單片機(jī)的指定區(qū)域，再通過單片機(jī)的通訊將信息傳輸?shù)蕉喙δ茈姳砩稀３酥猓诼?lián)網(wǎng)服務(wù)器通過定期通訊的方式，與綜合計(jì)量表進(jìn)行連接，以獲取每個(gè)用戶的用電情況，完成抄表工作。當(dāng)用戶欠費(fèi)或者發(fā)生偷電情況時(shí)，程序能夠進(jìn)行斷電處理，并將信息及時(shí)反饋到單片機(jī)。

4 結(jié)論

一種多功能電表的設(shè)計(jì)，主要是為了豐富電表的功能，使其在為人們帶來便利的同時(shí)，也提高了用電管理的效率。通過對(duì)多功能電表的硬件及軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)電表的遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)、遠(yuǎn)程抄表。設(shè)計(jì)人員還可以對(duì)電表進(jìn)行其他功能的開發(fā)，進(jìn)一步優(yōu)化電表的功能，幫助用戶樹立節(jié)約用電的意識(shí)，促進(jìn)電力能源的可持續(xù)發(fā)展。