基于½压电力线½½波的远程抄表系统集中器的设计
一、 设计背景
1．远程自动抄表简介：
远程自动抄表系统就是一种可以自动采集和记½电力系统客户负荷的用电情况，
并
且通过一定的通信方式，自动将记½的数据和客户信息通过信道传回电力用电管理中
心，
并由系统进行数据处理，
自动完成电力系统用电客户的电½量计费和管理功½的系
统。
2. ½压电力线½½波通信：
½压电力线½½波通信以½压电力线为通信媒介，
用户终端的用电数据与集中器之间
的通信通过电力线½½波技术来完成。
3.基于电力线½½波通信远程自动抄表系统组成：
系统主要由采集用户电½表电½量信息的采集终端、
集中器、
信道和主站等设备组
成。图 1 是系统的示意图，本设计的主要任务是系统中的集中器设计。集中器安装于输
电变压器附近，用来抄收采集终端采集普通电½表的数据，利用拨号、Internet 等多
种信道送到抄表中心，并将抄表中心的½令传输到采集终端。
图
1
远处自动抄表系统示意图
4. ½压电力线½½波的远程抄表的优点：
利用现有的电力线½为通信介质，
进行远程抄表和实时监控是一种高新技术，
它的
研究成功不仅可以替代人工日常抄表工½，提高工½效率，减小人为差错，加强用户管
理，
而且½够实现远程监控管理工½的全面自动化，
是电力部门实现远程自动抄表的发
展趋势，具有广阔的应用前景，以其½廉的成本成为市场的首选技术。而且通信技术、
计算机技术和智½控制的发展，为电力线½½波抄表创造了条件。
5．½压电力线½½波的远程抄表系统实现的技术难点：
½压电力线½½波通信的通信距离和通信质量是系统的实现的难点。
½响电力线½½波
传输质量的主要因素有：电力½络的阻抗特性、衰减特性及噪声的干扰。前两者制约信
号的传输距离，后者决定数据传输的质量。这是由电压电力线本身的传输特性决定的。
(1) 线路的干扰和衰减很大。
½压电力线路上随机接入很多的用电设备，
部分会产
生很大的干扰。如开关电源、变频设备等。部分可½对½½波信号的衰减很大。
(2) 线路的阻抗随时间变化。由于½压电力线上的用电设备接入有很大的随机性，
而每个用电设备在线路上½是衰减源，
从而½得线路上的阻抗呈动态变化，
这½得线路
上的设备之间传输数据时阻抗无法与线路匹配，
造成信号反射和注入线路信号减弱，
直
接½响传输的质量。
(3) 传输的质量随时间变化，由于干扰、衰减和线路阻抗是动态变化的，所以不同
时段的传输质量有很大的差异。
(4) 点对点的传输存在不确定性。
就½压电力线路上的两个设备而言，
其传输的成
功与否是随时间变化的，
在用电½谷调制的信号可以被传输的很远，
两个设备可以直接
通讯，而在用电高峰调制信号很快被衰减，并受到很强的干扰，两个设备可½不½直接
通讯。
二、 设计目标
1. 实现集中器的基本功½
集中器的基本功½如下：
a) 抄收功½，抄收采集终端采集的用户用电数据。
b) 设½功½，包括抄表时间设½、固定中继设½。
c) 通信功½，集中器接收上½机下½½数据。
d) 数据处理，包括数据的存储、冻结。
e) 校时功½，可通过上½机进行系统校时，调整时间误差。
f) 中继功½，增加传输距离。
2. 引进实时操½系统μC/OS-Ⅱ，增强系统的实时性，可维护性和可扩展性。
一般的嵌入式½件系统的设计½是采用前后台式的设计方法，
前台程序是实时中断
程序，用来处理异步事件。后台程序是一个无限的循环，循环中调用相应的½数完成相
应的操½。系统在处理信息及时性上，比实际上可以做到的要差；½系统任务多时，要
实现多个任务实时操½的传统方法是采用多级嵌套来实现多个任务并行处理，
增加了½
件的编写难度，降½了½件系统的可靠性；各任务之间信息交换困难。前后台设计方法
一般采用全局变量的方法来解决统讯问题，
情况复杂时容易出错，
如果调用不½就会发
生死锁。
3. 采用嵌入式 Internet 技术，通过½络接口实现集中器和主站的通信。
随着½络技术的发展，Internet 技术成为信息交换的重要途径。在系统中实现½
络接口，为用户提供更友½的操½界面。
4. 实现一种自动中继算法，弥补固定中继算法的不足。
传统的解决电力线通信距离的方法是采用固定的中继算法。固定中继算法对于系统
的扩展和系统的维护½有很大的缺陷。我们拟实现一种自动中继的算法，½电力通
信不½可靠完成时，系统自动完成数据的中继，从而增加系统的一次抄表成功率。
三、 设计框图
集中器本身由主控单元、数据存储单元、时钟单元、½½波通信单元、数据传送通信
单元等部分组成。图
2
是集中器硬件设计框图。
电源模块
电话
MODE
M
S T R 91 2 F W 4 4
电力
MODE
M
去电力线
PLI
R S 23 2
红外模
块
以太½
图
2
集中器硬件框图
主控单元采用
STR912FW44ARM
芯片，主要完成整个系统的监控，与上½机采集终端通信，数据存
储，系统配½功½。
电话
MODEM
单元主要利用公用电话½和集中器通信。上½机通过公用电话½实现对用户数据抄收，
系统较时和系统设½功½。
电力
MODEM
和电力线接口单元完成集中器和采集终端的通信功½。电力
MODEM
单元完成用户数
据的调制和解调功½。我们采用意法半导½公司生产的电力
MODEM
芯片
ST7538
½为调制解调器；电力
线接口单元主要完成调制后的数据与电力线的耦合。
红外模块单元主要是用来系统的初始配½功½，在上½机和集中器远程通信受阻时，允许工½人员通
过红外模块完成数据的抄收等功½。
½络接口模块主要是用来完成上½机通过公用
Internet
½络和集中器通信的功½，采用嵌入式
WEB
技术，为用户提供更友½的操½界面。
四、 设计实现
为了提高项目的开发进度，我们采用英蓓特公司生产的
Embest STR912
开发板½
为开发调试的主控板，利用开发板上面的½络接口和串口接口模块进行调试开发工½。
我们把系统上面的电力
MODEM
模块、电话
MODEM
模块和红外线模块在实验板上面
实现。利用开发板和实验板构建了一个简易的开发平台，设计和验证系统功½。目前正
在调试主控板和实验板上面电力线模块之间的通信。
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