自动抄表系统中电能表的设计_郑宇
电表自动抄表系统设计
徐州工程学院毕业设计（论文）图书分类号：密级：摘要随着电子与计算机技术的发展，实现各种用户仪表的自动抄录即将成为现实。
本文针对单位、小区的家庭和户电表和单位办公用电电表，结合普通电表的工作原理和实际工作环境，设计了一种实用的电表自动抄录系统。
该系统具有成本低廉、工作性能稳定可靠、系统安装方便等特点。
本文对基于ZigBee的电表无线抄表系统的硬件和软件进行了设计，重点对该系统的前端数据采集、数据通信方式、计算机软件等方面的设计进行了介绍，并对系统的通用性和可靠性进行了简要的分析。
设计内容具体包括PROTEL原理图设计、C 语言源程序设计、上位机源程序设计. 在此次设计过程中主要是先进行要求分析然后提出整体设计方案，然后根据设计方案设计电路图，做出硬件电路，最后进行系统软件设计，其中软件设计用KEIL作为开发环境进行调试，上位机设计用VB作为开发环境作为开发环境。
关键词：自动抄表系统；ZigBee；采集终端；C51徐州工程学院毕业设计（论文）AbstractWith the development of electron and computer,automatic meter reading system(AMRS) will be put into reality.This article aims ta kilowatt_hour meter for house or for office.banded the working principle and the real working conditions of mechanical kilowatt_hour meter,I designed an automatic kilowatt_hour meter reading system.The strong point of this system is:low cost,stable working and easy to install.The article gives an all-around design of this system. It expatiates on designs of data collection,data communication mode and computer software.It introduces the generality and the reliability of this system in brief.KEYWORDS：Automatic Meter-Reading System ZigBee Terminal C51徐州工程学院毕业设计（论文）目录1 绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 本课题的现实意义 (1)1.3国内外自动抄表现状 (1)1.4 本章小结 (2)2 ZigBee技术简介 (3)2.1 ZigBee简介 (3)2.2 ZigBee协议栈架构 (4)2.2.1 ZigBee协议栈结构 (4)2.2.2 ZigBee网络中的设备 (6)2.3 本章小结 (6)3 系统硬件实现 (7)3.1系统概述 (7)3.2 硬件介绍 (8)3.2.1 MCS－51单片机 (8)3.2.3 SPI（高速同步串行口） (13)3.3硬件设计 (14)3.3.1 功能分析 (14)3.3.2 原理图设计 (15)3.3本章小结 (17)4 软件设计 (18)4.1 软件设计平台 (18)4.2前端采集 (18)4.3主控程序设计 (19)4.4系统初始化程序设计 (21)4.5无线收发程序设计 (24)4.6 上位机程序设计 (26)4.6.1 VB的MSCOMM控件简介 (26)徐州工程学院毕业设计（论文）4.6.2 VB编程所用MSCOMM控件的主要属性和方法: (26)4.6.3 通信程序的主要代码及作用 (27)4.7本章小结 (29)结论 (30)致谢 (31)参考文献 (32)附录 (33)徐州工程学院毕业设计（论文）1 绪论1.1 概述目前，我国对用电量的查抄方式正由传统的人工操作向网络化、智能化发展，经历了人工手抄、IC卡预付费、过程自动抄表各个阶段。
基于Java的电能表自动抄表系统设计
中图分类号：TP274
文献标识码：B
文章编号：1003-0107(2017)03-0010-04
Abstract: Due to the rapid development of power industry,electric power department information generated
电子质量 2017 年第 03 期(总 第 360 期)
基于 Java 的电能表自动抄表系统设计
Design of Automatic Meter Reading System Based on Java
宋祥民 1,接怡冰 1,姜文 2,公政 2,柳岩妮 （1 1.山东科技大学,山东 青岛 266590; 2.国网山东电力公司潍坊供电公司,山东 潍坊 261021）
introduces the design of automatic meter reading system and the basic principle,and through a series of
function analysis,test results show that the automatic meter reading system is practical and effective.
摘 要：由于电力工业的迅速发展，电力部门所产生的信息量越来越大，更好地进行信息收集与处理变得
十分重要。针对这个问题，该文设计了一种基于 Java 语言的自动抄表系统，介绍了自动抄表系统的设计方
案和基本原理，并通过一系列功能测试结果分析，表明该自动抄表系统具有一定的实用性和有效性。
关键词：电能计量；自动抄表；数据管理；Java
图 2 登陆模块流程图
2 系统软件部分设计
智能电表抄表系统设计与实现
智能电表抄表系统设计与实现随着人们生活水平的提高和科技的不断发展，智能化已经成为了当今的一种趋势，智能化的应用也如雨后春笋般涌现出来，其中智能电表便是一个典型的例子，它不仅具备了传统电表的计量功能，更加具备了许多新的功能，例如数据上传、远程控制等。
通过对电能的实时检测，智能电表可以更加精准地计算出用户的用电数据，为电力公司和用户提供了更加便捷、高效的服务。
本文将着重介绍智能电表抄表系统的设计与实现。
一、设计目标和功能智能电表抄表系统的设计目标在于捕捉用户的电能使用信息并将其上传到云端服务器上，以实现远程监测、计量、管理、控制等多种功能，同时保证系统安全、可靠、高效、低成本的基本特点。
系统实现的关键功能如下：1、远程数据上传：将智能电表所采集的用电数据上传到云端服务器，保证数据的实时性并为用户提供更加便捷的查询方式。
2、远程定时控制：电力公司可以通过系统进行对用户用电的限制和控制，保证电力系统的可靠性。
3、远程故障管理：应急情况下，电力公司可以通过系统及时查看发生故障的地点，为故障处理提供必要的依据。
4、远程结算：根据智能电表所采集的数据，电力公司可以通过系统实现对用户的结算功能，保证计价的准确性。
二、系统架构设计1、硬件架构智能电表内部集成了温度传感器、RS485总线通信接口、Modbus通信协议和GPRS通信模块等硬件模块。
其中，温度传感器用于检测智能电表内部的温度，以保证智能电表的正常运行；RS485总线通信接口，用于连接多个智能电表，实现系统的联网功能；Modbus通信协议，用于智能电表与上位机的通信；GPRS通信模块，用于将智能电表所采集的用电数据上传到云端服务器，实现数据的实时性。
2、软件架构智能电表抄表系统的软件架构主要分为三部分：嵌入式系统软件、服务器端软件和用户客户端软件。
嵌入式系统软件主要负责智能电表内部的计量和通讯功能，服务器端软件主要负责接收并处理智能电表上传的数据，将数据上传到云端服务器上，并提供相应的数据处理功能；用户客户端软件则主要负责用户对自己用电数据的查询以及用电的控制操作。
葛洲坝水力发电厂电能量自动抄表系统设计
’ ! 系统总体架构
根据葛洲坝电厂目前的管理模式和维护特点， 电能量自动抄表系统采取数据分散采集集中管理的 方式。在二江建立主站，在大江厂房、二江厂房、 =%%>5 开关站分别建立数据采集终端，在葛电厂办 公大楼建抄表工作站。电表数据由各数据采集终端 自动采集，再定时传送到主站系统，见图 ’。
"! 系统功能
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云! 南! 电! 力! 技! 术 ()**+* ,-,./01. 234,0
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葛 洲 坝 水 力 发 电 厂 电 能 量 自 动 抄 表 系 统 设 计
曾! 宇! 蒋Βιβλιοθήκη 涛（葛洲坝水力发电厂，湖北 ! 宜昌! ""#$$%） 摘! 要：介绍了葛洲坝水力发电厂电能量自动抄表系统总体架构、系统配置及功能。 关键词：电能量! 自动 ! 抄表 配置 ! 功能 中图分类号： &’()! 文献标识码： *! 文章编号：+$$) ,(#"-（ %$$)） $) , $$)( , $%
图 +! 系统拓扑结构图
多种的修补数据的方法，并对所修补的数据加以标 记，以保证原始数据的准确性。 & ）采集的电能量数据可分时段、带时标的存 入原始数据库，时段可由人工设置。 B ）系统除能采集电能量 信息（ 正反向有功 ? 无功） 外，还具备 采集和处理某些非电能量信息 的功能（ 如电压、电流、失 压信息、开 关状态和 电表事件等） ，这些非电能量信息可从电能量采集 装置或其他系统（如电厂监控系统）获得。 "8 $! 系统通信 ’ ）系统采用以太网及拨号两种通信方式。 $ ）系统 的数据 通信 具备较 好的 纠错 校验 能 力，通信误码率 +’% < = 。 " ）系统具备常见的电能量采集器规约库，用 户可对通信终端的任何一个通信口设置通信规约和
自动抄表系统中电能表的设计
传统电力 抄表方式是 由人工进行抄取 电能表数 据， 通常会 出现以下 问题 ： 不能在同一时间抄取到各表 的数 据 ， 表 的周期 长 、 费人 工 多 且 效率 低 ， 抄 耗 不利 于 电力公司计算分析线损值等相关 数据 。近年来 ， 随着 电力系统 自动抄表技术、 嵌入式控制 系统技术和数据 通信技术等的发展 ， 为了解决传 统电力抄表方式 的弊 端， 通过电力线载波通信 的远程电力抄表系统成为电 力 部 门管理 、 分析 、 处理 各种 电量 数据 的一种 重要 选择 措施 。 远程 电力抄表系统按层级来看 ， 主要 由控制中心 的管理计算机、 收集若 干电表 电量数据并传输到控制 中心 的数据 集 中器 、 个 用 户 的 电 能计 量 采 集 设 备 ３ 每 部分组成 。其中最底层 的就是 电能计量采集设备 ， Ｊ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａｕ ｏ ｔｃ ｍｅｅ ｅ ｄ ｎ ｙ ｔｍ ｓａ ｎ ｅ ｒ ｌｐ ｒ ｆａ ｔ ｍａ ｉｎ ｆ ｒｔ ｅ ｅｅ ｔ ｃｔ ｅ ｔ ｒ ａ ｄ ｅ ｅ ｇ ｓ ｒ ｃ ： ｔｍａｉ ｔｒｒ ａ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ｉ ｎ ｉ ｔｇ ａ ａ ｔｏ ｕ ｏ ｔ ｏ ｈ ｌ ｃｒ ｉ ｓ ｃｏ ， ｎ ｎ ｒ ｙ ｏ ｉ ｙ ｍｅｅ ｌ ｙ ｎ ｉ ｏ ａ ｔｐ ｒ ｆｔ ｅ ｍｉ ｌｅ ｕ ｐ ｎ ｎ ｔ ｅ ｓ ｓｅ Ｕｓｎ ｌｃｒｃｔ ｔｒｎ ｅ ｈｎ ｌｇ ｅ ， ｔ ｒｐ ａ ｓ ａ ｍｐ ｒ ｎ ａ ｏ ｔ ｔ ｈｅ ｔｒ ｎａ ｑ ｉ ｍｅ ｔｉ ｈ ｙ ｔ ｍ． ｉ ｇ ｅ ｅ ｔ ｉｙ ｍｅ ｅ ｇ ｔ ｃ ｏｏ ｉ ｓ ｉ ｉ
中 图分类 号 ：Ｐ７ Ｔ ２４ 文 献标识 码 ： Ｂ 文 章编 号 ：００—８２ （０ １ １ ００ ０ １０ ８９ ２ １） １— ０８— ４
自动抄表系统的设计
摘要长期以来，水电供应部门对用户电表、水表、煤气计量都来用传统的手工抄表方式，该方法费时、费力，缺乏准确性和及时性，不利于供应部门进行更深层次的分析和管理决策，在行业信息化过程之中，户表数据的自动化抄送具有非常重大的意义。
本设计从硬件、软件两大角度对无线抄表系统进行全面设计。
其中，硬件设计包括：单片机最小系统、数据显示模块、数据采集模块、信号发射模块和串行通信等部件的设计。
软件设计包括主程序、显示程序、脉冲计数器子程序、键盘程序、串行通信子程序这五大模块。
通过硬件电路和软件设计协调工作完成了系统所要求的所有功能。
硬件电路采用CC400单片集成无线收发芯片和89C51单片机为核心，配以适当的外围电路，手持机具有键盘和LED显示功能，并可通过串口将抄得数据传给计算机。
软件设计采用汇编语言对整个系统进行编程。
本系统适用于电、气、热表的无线抄收。
通过构建自动抄表系统，使电力公司和物业管理部门大大提高了工作效率和经济效益，而且从根本上解决了入户抄表收费给用户和抄表人员带来的麻烦，同时也避免了不必要的纠纷。
关键词：单片机；CC400；LEDAbstractAbstract: It has been a long time that support department adopted traditional method to read the data from ammeter, waterandmeter, this way costs a lot of time and force, lack veracity and punctuality. It isn't convenient to analyse and vider. with more and more deparments rely on information technology today, It is very important to read data from meter by automatic means.The design of hardware, software, two wireless meter reading system in terms of overall design. Among them, the hardware design include: the smallest single-chip systems, data display module, data acquisition module, signal transmission, such as serial communication module and the design of components. Software design, including the main program, display program, pulse counter subroutine, keyboard procedures, serial communication subroutine these five modules. Through the hardware circuit and software design of the system to coordinate the completion of all the features required. CC400 hardware single-chip integrated circuit chip wireless transceiver and 89C51 single-chip microcomputer as the core, with appropriate external circuitry, handset with a keyboard and LED display, and through the serial data will be copied to the computer. Software design using assembly language programming to the entire system.The system applies to electricity, gas, wireless Collecting heat. Through the construction of automatic meter reading systems to power companies and property management sector greatly enhanced the efficiency and cost-effective and fundamental solution to the house meter reading and meter reading charges to the user the trouble of staff, but also to avoid the unnecessary disputes.Key words：Single-Chip Microcomputer；CC400；LED目录第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 无线抄表应用系统应用的意义 (1)1.3 无线抄表应用系统的总体方案设计 (2)第2章无线抄表应用系统的硬件设计 (5)2.1 信号发射装置的硬件设计 (5)2.1.1 信号发射装置硬件设计方案论证 (5)2.1.2 信号发射装置的单片机最小系统设计 (5)2.1.3 对CC400和AT89C51芯片的介绍 (6)2.1.4 信号采集 (11)2.1.5 信号存储及转换 (12)2.1.6 看门狗电路 (13)2.1.7 CC400和89C51接口电路 (16)2.2 手持机硬件装置电路设计 (18)2.2.1 手持机硬件装置电路设计方案论证 (18)2.2.2 手持机装置电路的单片机最小系统设计 (19)2.2.3 信号接收模块 (19)2.2.4 按键电路 (20)2.2.5 显示电路模块 (21)2.2.6 串行通信口电路 (25)第3章无线抄表应用系统软件设计 (27)3.1 计算机语言 (27)3.2 主程序设计 (29)3.2.1 信号发射装置主程序设计 (29)3.2.2 信号接收装置（手持机）主程序设计 (30)3.3 子程序设计 (31)3.3.1 软件脉冲计数器子程序设计 (31)3.3.2 键盘子程序设计 (32)3.3.3 显示子程序设计 (33)3.3.4 串行通信子程序设计 (34)第4章程序清单 (35)4.1 信号发射系统程序清单 (35)4.2 信号接收系统（手持机）程序清单 (37)第5章结论 (43)参考文献 (44)致谢 (46)附录 (48)第1章绪论1.1引言长期以来，“三表”数据抄送问题一直是相关供应部门非常想解决但又得不到切实解决的问题。
电能表自动抄表管理系统的开发设计
邮局订阅号：８２－９４６３６０元／年技术创新软件时空《ＰＬＣ技术应用２００例》您的论文得到两院院士关注１引言随着社会的不断发展进步，越来越多的控制、采集仪表被引入到人们的生产生活中来。
各种仪表在各种场合应用的不断增多，对仪表的数据采集、仪表的管理也成为人们越来越关心的问题。
远程自动抄表系统是不需要人员到达现场，使用计算机技术、通信技术、网络技术和微电子技术相结合，通过一定的网络设备建立通讯联系，具有高度集成性，集软件、硬件为一体，对各种范围内电力用户实时用电量信息以及各种故障信息数据自动正确采集、传输、统计及综合分析的系统。
２系统模块设计系统共分为５大部分、１３个完整的功能模块。
系统结构图如图１所示。
电力抄表信息管理系统的基本功能是对现场单元传输到服务器的数据信息进行管理，主要功能模块如下：①系统管理。
②电表参数设置管理。
③现场照片管理。
④数据信息管理。
⑤退出系统３系统基本设置３．１欢迎界面与登陆界面在启动系统主界面时，需要登录界面，用于验证用户身份的合法性及权限，然后再进入主程序界面。
为了使应用软件更加美观，这里设计了欢迎界面，欢迎界面可以展示软件的用途、公司和版本号等信息。
系统设计用户等待３秒钟后，会自动进入登录界面。
为保证系统安全，避免非法用户进入、移植和修改，主机采取了口令保护。
如密码输入正确，则会进入下一个操作界面：如输入密码有误，则有消息框提示“密码输入错误！”。
用户进入系统，必须经过系统验证，方可进入主程序。
用户分为普通用户和系统管理员，分别有不同的操作权限。
系统管理员能管理和设定普通用户的操作权限。
图１电力抄表信息管理系统结构图通过用户和密码判断，并给出该用户的权限。
输入用户名和密码后，进入系统主界面。
事件触发机制是可视化编程的一大特点，即程序的功能通过点击菜单、按钮等触发方式组织在一起，这就决定了主站软件的结构是把各个功能分类组织在相应的菜单项之下，用户根据需要对系统进行设置，执行相应的操作。
计量自动化系统在计量运维工作中的应用 郑长宇
计量自动化系统在计量运维工作中的应用郑长宇摘要：随着电能计量自动化系统的在电能计量运维工作中的运用。
不仅显著提高了电能计量运维工作的质量和效率，同时远程抄表功能也大幅度降低了电能计量工作人员的劳动强度。
通过运行电能计量自动化系统，能够对电力用户的电能计量装置的运行状况进行实时监控，对电能计量装置异常运行信息的采集分析，并且能够提高对窃电行为的处理效率。
关键词：计量自动化系统；计量运维工作；应用；电力市场的不断发展和电力用户的不断增加，对电能计量系统的自动化水平提出了更高的要求。
传统的电能计量模式不仅工作强度大，而且无法确保电能计量信息的可靠性和准确性。
因此，通过运用电能计量自动化系统，不仅提高了电能计量运维工作的效率，同时也降低了运维工作人员的劳动强度。
一、计量自动化系统概述电能计量自动化系统是指通过运用自动化、通信和数据传输等技术，实现电能表的远程控制和监控，可实现的功能主要包括：采集、分析、监控和计量管理等，能够提供的电力服务主要包括：远程抄表、电力用户的合理用电、电力负荷控制、电力用户电费结算等。
通过运用电能计量自动化系统，能够显著提高电力企业的电力服务工作效率，有利于提升电力企业的经济效益和社会效益。
1.电厂电能计量遥测系统。
电能计量遥测系统的组成部分主要包括：电厂内的电力采集装置、电力计量装置、供电电源、传输通道和主站系统等，所有电厂的遥测终端均通过以太网与主站系统进行通讯。
主要功能是检测电厂内计量点的负荷状况和设备运行状况，以及各种短的终端的线损和母线平衡状况。
采集的信息主要包括：瞬时量和标码等信息。
电能计量遥测系统的数据采集时间一般为30~60min。
2.低压集中抄表系统。
低压集中抄表系统通过无线网技术以及低压配电变压器来实现其功能。
其构成主要包括：主站系统、电力计量装置、供电电源、采集装置和输送通道。
除了对负荷情况和配变台区的线损状况进行采集和分析，还能够通过应用低压扩频载波或者RS485 的组网方式对冻结电量和电能表的表码进行采集和分析，并估算出每个台区的线损情况。
电力系统中的智能电能表设计与实现
电力系统中的智能电能表设计与实现智能电能表是当今电力系统中的一项重要技术，它具有实时数据采集、远程通信、远程控制等功能，为电力系统的监测、管理和优化提供了巨大的便利。
本文将探讨电力系统中智能电能表的设计和实现方法。
一、智能电能表的设计要点在设计智能电能表时，需要考虑以下几个重要要点：1. 数据采集：智能电能表通过精确测量电能参数，如电流、电压、功率因数等，来实现对电力系统的监测。
因此，设计时需要选择合适的传感器，并采用高精度的采样电路和处理算法，确保数据的准确性和稳定性。
2. 数据通信：智能电能表需要将采集得到的数据传输给数据中心或监测系统，实现实时监测和远程管理。
设计时需要选择合适的通信模块，如GPRS、3G、4G、LoRa等，并设计相应的通信协议和数据传输方案。
3. 数据存储：智能电能表需要具备一定的数据存储能力，以应对断网或网络故障时的数据存储问题。
设计时需要考虑存储容量、读写速度、数据安全等因素，选择合适的存储介质和存储方案。
4. 远程控制：智能电能表可以实现对电力系统的远程控制，如远程断电、限电、调功率等。
设计时需要考虑通信延时、安全性等问题，并设计相应的控制策略和算法。
5. 安全性：智能电能表作为电力系统中的重要设备，安全性至关重要。
设计时需要考虑防止黑客攻击、数据篡改、信息泄露等安全问题，并采取相应的安全措施，如数据加密、访问权限控制等。
二、智能电能表的实现方法在实现智能电能表时，可以采用以下几种方法：1. 基于单片机的设计：将采集得到的电能数据通过单片机进行处理和控制，再通过通信模块进行数据传输。
这种方法成本低、可扩展性强，但处理能力和存储容量有限。
2. 基于嵌入式系统的设计：利用嵌入式处理器（如ARM、MIPS等）构建智能电能表系统，实现数据采集、处理、存储和通信等功能。
这种方法处理能力较强，适用于大规模的电力系统。
3. 基于云计算的设计：将智能电能表的数据存储和处理任务移至云端，通过云平台实现数据的管理和分析。
自动抄表系统的设计与实现
自动抄表系统的设计与实现作者：陈建新来源：《中学课程辅导高考版·教师版》2012年第12期摘要：构建多表(电、水、燃气、热量等计量仪表)集中统一管理的综合自动抄表系统，不仅可以节约人力资源，节约管理系统的构建费用，更重要的是可以保证查表的准确性、一致性和提高工作效率。
关键词：AMRS；数据采集；集中器；GPRS；MIS自动抄表(Automatic Meter Reading —AMR ) 是指采用通信和计算机网络等技术自动读取和处理表计数据。
在用电管理方面，采用自动抄表技术,不仅能节约人力资源,更重要的是可提高抄表的准确性,使供用电管理部门能及时准确获得数据信息,并进行负荷预测及控制,以实现电力行业整体经济效益的提高和管理水平的进步。
我国电能（及水、燃气、热量等）计量采取“一户一表”制,这就使得抄表系统数据采集点多、数据量大，而且采集点极其分散。
从技术和经济的角度而言,采取什么样的通信方式是首先要思考和解决的问题。
随着单片机、通信技术、计算机网络技术及数字信号处理技术的快速发展，为抄表系统的自动化和智能化提供了更多的技术支撑，使其实现成为可能。
在通信媒体中,有多种有线及无线通信网络可供选择。
按通信距离，自动抄表系统AMRS (Automatic Meter Reading System) 的通信方式主要包括近程通信和远程通信两类；近程通信主要适合于住户电表到采集器或采集器到集中器之间的通信，其通信距离一般小于1 公里；远程通信主要适合于集中器到管理中心，其通信距离一般大于2公里。
在深入研究现有抄表系统及相关技术的基础上，分析数据在自动抄表系统中的流程，采用相关计算机技术及通信技术，实现抄表流程的信息化管理的主要环节为数据采集、数据集中收集、数据无线传输和抄表信息化管理，具体实施步骤如下：一、数据采集数据采集终端是整个系统中最重要的硬件设备之一，其功能主要包括：实现多种表具数据的采集和上传、设置表终端参数、欠费及故障告警、控制断路器分合闸等。
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《测控技术》2011 年第 30 卷第 11 期
为 MCU 的一个中断源引发一个中断事件，然后在该事 件中判断Байду номын сангаас否到达设定的月冻结时间或日冻结时间， 如果时间吻合，立即将当前电量作为月冻或日冻数据 进行记录并存储进铁电存储器 FM24C16A 中。 2． 3 红外通信模块
为了实现电能表的近距离抄表功能，系统中选用 了 FM-6038LM-5A 韩国产红外接收头和 OSE-1L7 红外 发射二极管组成该电路。其中，FM-6038LM-5A 红外 接收头负责接收红外信号，并自动解码成为数据串行 输出，把该输出引脚连接到 MCU 的串行输入引脚上， 则对于 MCU 来说，红外接收就和普通的串行数据输入 处理方式完全一致，使程序实现方便简单。红外发送 数据需 要 产 生 38 kHz 左 右 的 频 率 进 行 调 制，因 此 OSE-1L7 红外发射二极管的输出端先接两个可控晶体 管再接地，其中一个晶体管由 MCU 产生一个 38 kHz 的信号去控制通断来产生调制信号，另一个晶体管由 MCU 的串行输出引脚来控制。对 MCU 来说，红外发 送就变成了普通的串行数据输出，只不过同时需要让 MCU 产生一个 38 kHz 信号去控制信号调制而已。该 红外通信模块的使用，使电能表具备了近距离无线的 抄读数据功能。 2． 4 载波通信模块
远程电力抄表系统按层级来看，主要由控制中心 的管理计算机、收集若干电表电量数据并传输到控制 中心的数据集中器、每个用户的电能计量采集设备 3 部分组成［2］。其中最底层的就是电能计量采集设备， 通常以电能表的形式出现。传统的电能表，只有计算
电量的功能，而没有将数据进行采集传输的功能。单 独设计电子式电能表的脉冲采集盒，适用于对旧表进 行改装，但对于新建和换装的情况，则可以直接采用具 有采集传输数据功能的多功能电子电能表来完成数据 的采集。就我国目前的状况来说，由电力部门和政府 补贴的形式换装新表，或者是在房屋开发阶段直接安 装多功能电表，使得多功能电表正在成为各地进行远 程电力抄表改造的首选方案。
在能够完成远程抄表的电能表中，一定要有能够 在规定时间进行电量数据冻结（ 记录） 的功能，因为只 有在一个统一的较短时间范围内进行所有用户用电量 数据的冻结，才能准确地帮助供电部门计算线损、计算 时段用电负荷等相关数据。PCF8563 是 Philip 公司推 出的一款工业级、内含 I2 C 总线接口功能的、具有极低 功耗的多功能时钟 / 日历芯片。PCF8563 内部有 16 个 8 位寄存器，具有年、月、星期、日、小时、分钟、秒计数 器，可以编程设置按指定时间产生报警。系统中，利用 PCF8563 每隔 1 min 产生一次报警信号，用该信号作
具有远程抄表能力的电能表设计，通常是针对某 种通信方式整体来进行的，如果需要换一种通信方式， 就需要重新进行整体设计。采用模块化设计的电能表 方案可以便于在具体应用中更加灵活地去选择不同的 通信方式，该方案具有适应性强、开发效率高的优点。
1 多功能电能表总体设计方案
收稿日期： 2010 － 12 － 16 基金项目： 贵州省 2007 年信息化推进专项资金资助项目（ 黔科 合 GY 字（ 2007） 3019） 作者简介： 郑宇（ 1976—） ，男，贵州毕节人，工学硕士，讲师，主 要研究方向为嵌入式控制系统。
该多功能电能表的系统框图如图 1 所示。
2 电能表中各功能模块简介
2． 1 计量存储模块 在整个电表结构中，ADE7755、FM24C16A 配合处
图 1 电能表系统功能框图
理器功能构成了计量存储模块，其中 ADE7755 通过计 算通道 1 和通道 2 两个输入电压的乘积，然后对乘积 进行低通滤波，获取有功功率信息。再将该有功功率 信息进一步转换成频率，以低电平有效的脉冲信号从 引脚 Fl 和 F2 输出。Fl 和 F2 输出频率较低，能直接驱 动步进电机或机电式脉冲计度器。同时，F1 和 F2 提 供的是两个交替的低电平脉冲信号，只需要对其中一 个信号进行计数（ 每 100 个脉冲指示 1 kW·h） ，就可 以获得电量累计的数字量信号。设计中，使用 F1 和 F2 直接驱动一个机电式计度器，用以显示电能表的窗 口电量信息； 同时，将 F1 信号引入了 MCU 中进行计 数，从而完成电量累积的数字化过程。为了保证电量 数据的准确存储，在每一个脉冲计数后，都将当前电量 值保存入非易失性的铁电存储器 FM24C16A 中。该 存储器容量为 16 Kb，即 2 KB 容量。与其他非易失性 存储器比较，它具有如下优点： 读 / 写速度快，没有写 等待时间； 具有写保护端口（ WP 为 0 时，不允许写操 作） ； 功 耗 低，静 态 电 流 小 于 1 mA，写 入 电 流 小 于 150 mA； 擦写使用寿命长，芯片的擦写次数为 1000 亿 次，比一般的 E2 PROM 存储器高 10 万倍，即使每秒读 / 写 300 次，也能用 10 年以上； 芯片擦写次数超过 1000 亿次后，还能和 SRAM 一样读 / 写。这样的结构，保证 了电能表最基本的计量功能得以准确无误地存储，使 其构成了电能表的基本核心模块。 2． 2 定时冻结数据模块
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《测控技术》2011 年第 30 卷第 11 期
自动抄表系统中电能表的设计
郑宇
（ 贵州师范大学 机械与电气工程学院，贵州 贵阳 550014）
摘要： 自动抄表系统是电力部门实现自动化的组成部分，电能表又是该系统中重要的终端设备。利用电 量计量技术、嵌入式控制技术、电力线载波通信技术和红外通信技术，完成了多功能电能表的设计。该 电能表计量准确，具有远程抄表和近距离红外抄表功能，在结构上兼顾多种电力线载波方式，便于选择 不同载波方式来实现远程通信，提高了不同通信方式下电能表的开发效率。 关键词： 自动抄表系统； 电能表； 电力线载波通信 中图分类号： TP274 文献标识码： B 文章编号： 1000 － 8829（ 2011） 11 － 0008 － 04
多功能电能表的远程抄表能力，是需要以一种具 体的信息传递方式为基础来进行的。在目前国内的电 力线抄表技术中，常用的有低压扩频载波、RS485 专线 信号传输、工频过零调制传输等方式。具体的应用主 要采用 SGS-THOMSON 公司专门为电力载波通信而设 计的半双工同步调制解调芯片 ST7536 系列芯片和北 京福星晓程电子科技股份有限公司研制的 PL2000、 PL3000 系列低压扩频载波芯片等。这些芯片与 MCU 的连接方式通常都是 3 线或 4 线结构，通常分为数据 输入 / 输出及方向控制线、同步信号线、中断信号线 3 类，因 此 在 载 波 模 块 的 设 计 中，只 要 预 留 下 4 根 与 MCU 相连的接口，就能让整个电能表不改变基本的结 构而达到灵活换用不同载波模块，实现不同载波传送 方式的目的。设计中使用了一种过零载波技术，在工 频信号过零点时刻，直接在线路上加上一个瞬时信号， 根据用户的选择，可以用此信号代表 0 （ 调制 0 ） 或 1 （ 调制 1） ，这样一来，调制和解调工作就变得相对简单 很多，只要检测过零时刻有没有该信号的存在，就可以 知道当前的信号是 0 还是 1 了。设计考虑了 4 根与 MCU 的连接线： 数据输出线 CDO、数据输入线 CDI、过 零检测中断信号线 CINT 和载波信号流灯控线 CLED， 为了提高所设计电能表的灵活性，该载波模块是作为 一个独立模块进行设计的。这样的设计结构，为电能 表的系列化开发带来了极大的灵活性，并且可以缩短
为了保证电能表能按时配合整个远程电力抄表系 统工作，需要有精确的时间基准，设计中采用了硬时钟 芯片 PCF8563T，该芯片能够在设定时间后，自动走时， 并能提供年、月、日、星期、小时、分钟、秒的数据，还能 自由地设置报警（ 中断） 发生的时长，在使用大电容供 电的情况下，可以保证停电 72 h 内该时钟芯片仍走时 准确，准确地为电能表的各种操作提供可靠的时钟基 准。另外，为了实现对用电户通断电远程的管理方便， 还使用了双向驱动继电器电路 BH3023A 和磁自保持 继电器 BST902A 来实现该功能。
传统电力抄表方式是由人工进行抄取电能表数 据，通常会出现以下问题： 不能在同一时间抄取到各表 的数据，抄表的周期长、耗费人工多且效率低，不利于 电力公司计算分析线损值等相关数据。近年来，随着 电力系统自动抄表技术、嵌入式控制系统技术和数据 通信技术等的发展，为了解决传统电力抄表方式的弊 端，通过电力线载波通信的远程电力抄表系统成为电 力部门管理、分析、处理各种电量数据的一种重要选择 措施［1］。
Abstract: Automatic meter reading system is an integral part of automation for the electricity sector，and energy meter plays an important part of the terminal equipment in the system． Using electricity metering technologies， embedded control technology，power line carrier communication technology and infrared communication technology，a multi-function energy meter is designed． The energy meter can measure accurately，with a remote meter reading and meter-reading function of the infrared proximity to the structure of the balance between a variety of power line carrier，easy to choose a different approach to realize long-distance carrier communications，and higher development efficiency of energy meter under a different means of communication are achieved． Key words: automatic meter reading system; energy meter; power line carrier communication