远程抄表技术与智能电度表的研究

　　摘 要：简单介绍了远程抄表机监控系统和智能电度表的结构和基本原理。

　　采用中央计算机对智能电度表进行远程监控——即对用户进行远程供电、停电、抄表、计费等工作，既准确、可靠、安全，又具有节省人力等优点。目前很多国家和地区正在开展这项课题的研究，一些地区已取得初步经验和效果。

　　图1是远程抄表机监控系统的原理框图。它主要由以计算机为核心的系统管理中心、路由器和智能电度表共同组成。

　　中央计算机：选用可编程、运算速度快、具有大容量硬盘、显示器、键盘和打印机的计算机系统，并且事先编制了可供操作人员执行的、具有寻址、读数、计费、制表、仃电自保等功能的“专用软件”。

　　

　　路由器：由图1知：路由器是中央计算机和智能电度表的“桥梁”。它是本系统一个专用的设备，类似“MODEN”，担负着“通讯”的任务。在本系统中共设置了3种路由器：主路由器、并路由器和从路由器。它们的原理、结构和功能基本上是相同的。图1左下角的虚框所示是从路由器的原理框图。与从路由器不同的是：主路由器、并路由器内的扩展口CD4067控制的继电器的“闸刀开关”则直接连接至下一级路由器。这样扩展口CD4067控制继电器“得电”工作时，主路由器则接通与继电器同一编码的并路由器，而并路由器则接通与继电器同一编码的从路由器。即系统连接时，都是按照图1所示连接它们的。这样，一个系统管理中心管理着16个(编号为0～15)主路由器;每个主路由器下接16个(编号为0～15)并路由器;每个并路由器又下接16个(编号为0～15)从路由器;每个从路由器下接16个(编号为0～15)智能电度表。如此，每一个主路由器为一分支。每一分支共用了263个路由器，可检测65536户智能电度表(用户)。16个主路由器分支，即一个远程抄表机系统用了4208个路由器，可检测1048576户智能电度表(用户)。正因为它们在系统中的连接方式不同，所以，它们执行具体的程序流程也不是完全相同的。

　　地址分配：操作人员在给用户“建帐”时，为了既便于记忆、又方便从键盘上输入计算机，用户代码采用了十六进制代码。用户代码输入计算机后，再将它们转换为4字节ASCII代码，然后再转换为四字节二进制代码，并存放在远程抄表机系统中计算机大容量的硬盘存贮器内。这个“代码”既是用户的“帐号”， 也是计算机寻访用户、读取用户用电数据的“地址”。而各路由器的地址代码，则根据为用户建帐时的设定值，在现场使用拨码开关作相同的设定，以便远程抄表机系统对各路由器寻址。

　　这样，远程抄表机系统的基本工作原理可简述如下：

　　寻址：在需要对用户进行抄表时，远程抄表机系统计算机先向系统内各路由器发出寻址代码命令。寻址代码能有效地寻访各级路由器。

　　寻址程序流程图如图2所示，它是由中央计算机、主路由器、并路由器、从路由器依次、分别执行的。

　　读数(抄表)：抄表时， 系统采用了下级设备向上级设备申请中断方式，由上级设备读取下级设备数据的技术来实现的。当远程抄表系统计算机向系统内各路由器发出抄表命令后，抄表命令经第3分支主路由器、第10号并路由器，到达第15号从路由器后，在第15号从路由器内的单片机控制CM4089将抄表命令发送信号给第9号智能电度表。于是该电度表的单片机便向上级从路由器的单片机申请中断，由从路由器单片机执行中断服务程序，读取电度表存放在AT89C51片内数据存贮区内或EEPROM中的电度数值，并将它存贮到从路由器中AT89C51片内数据存贮区内;当从路由器单片机执行完中断服务程序后，它再向上级的并路由器的单片机申请中断，于是上级并路由器的单片机执行中断服务程序，读取存放在下级从路由器中AT89C51片内数据存贮区内的电度数值，并将它存贮到并路由器中AT89C51片内数据存贮区内……。这样，存放在被寻址选中的电度表中的AT89C51片内数据存贮区内或EEPROM中的电度数值，便被逐级向上传送，最后存入中央计算机指定的数据缓冲区，再写入操作人员在建帐时给用户指定帐号的数据区中。一般每个用户帐号保存着当月之前12个月的用电数据，以便操作人员计费、制表时调用和用户查询。

　　

　　智能电度表是由电能计量器、光电隔离器、数据接收、发送器、EEPROM存贮器、时钟和7位数码显示器等组成。

　　其中电能变换计量器是智能电度表关键部件之一，采用我国检测电量常用芯片BL0932和外接采样用户电压、电流变换器技术而实现记录用户用电数据的。如图4左边的虚框所示。专用芯片BL0932是由乘法器、电压频率变换器(V-F)和脉冲计数器组成的。

　　智能电度表的基本工作原理简述如下。

　　根据有功电能的计算方法：

　　

　　电流信号i：电流信号是从串接于用户电流回路上的一段优质(温度性能好、电阻率为0.44～0.5Ωmm2/m)的一级精密锰铜合金获取的。

　　电压信号u：电压信号是直接从跨接在相线和零线之间的精密电阻分压器上获取的，u≈0.63 V。

　　

　　这样, 电压信号u(t)和电流信号i(t) 输入到BL0932的乘法器中进行相乘, 在△(t)时间内得到一个正比于电能的电压信号E, 此电压信号E经V-F变换器变换后, 输出一个正比于电能的脉冲信号。脉冲信号经脉冲计数器计数后，再经光电隔离器送入单片机AT89C51并由单片机将BL0932送出的脉冲信号转换为的电度数，并计算其功率。

　　若脉冲信号在△(t)时间内的汁数值为N, 则在△(t)时间内的平均功率为：

　　P=NΔ(t)(2)

　　然后单片机AT89C51将上述计算的电度数据存入24C04内，它是一种具有低电压、用施密特触发、高可靠、可擦写百万次的、数据可保存100年的、采用串行两总线进行读写的、字位存贮容量为512×8(4K)等性能的EEPROM 存贮器。

　　电度表的主程序是根据它的主要工作情况来设计的，根据上述分析可知：它就是一个定点4字节求和程序。设存放在EEPROM中第K～K+3单元的电度数值为加数;单片读取电能计量器输出的脉冲信号并转化为电度数值后、暂存在单片机片内数据区中50H～53H的、当前用电数据为被加数。程序中以DPL为计数器指针，R0存放求和数据，R1作被加数地址指针，R2作加数地址指针。则电度表的主程序流程图如图4所示。

　　

　　值得指出的是：本系统的路由器和电度表在选用单片微机时，都采用AT89C51型号单片机。这样做主要考虑到MCS-51系列单片机具有下述特点：一、AT89C51片内有4K Flash存贮器可作程序空间。二、MCS-51系列单片机片内有位寻址和字节寻址内部数据存贮器，可作特征标志位和存放待写、读的电度数据用。三、80C51单片机具有节电运行方式和掉电保护方式，这对本系统内路由器和电度表的工作和运行具有极其重要意义，节电运行方式可使处在非访问、读数期间节省电能;而掉电保护方式，则使遇到电网突然仃止供电的路由器和电度表能及时保存重要数据，以利于电网恢复供电时，系统能正常地继续工作。

　　同时，必需指出的是：尽管采用计算机远程监控用户电度表的优点很多，但是由于系统较复杂、涉及面较广, 目前要推广使用本研究系统, 需要各方协调、共同努力才能快速实施。

　　参考文献

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　　[2]童本敏等.标淮集成电路数据手册 TTL电路[M].北京：电子工业出版社,1991.

　　[3]孙育才.MCS-51,列单片微型计算机及其应用[M].上海：东南大学出版社,2000.