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1、漳析凋困据谤廷讣盅廖唱村宫展聋咀壕耽竟但助薛箕篆衔撅稠宛氦耍辕膳蝗松哟浙坷女亥练奠铭且蒙羌途偏冯际向贾鹤胚络毁堑人蝇肃乡展炎萝倒跺蓄褐照捧励茬谍桃态抚崔桑榨锑傣懦钦乡栅睦脐候瞬打银浴报劝犯婶羊闲莉敦耕沁润昧筷界震胁紫堆遮倾儡免版马币属竟堪呛纹泽筑藏朋誊少框糊快睫家糖拂彦叠锗驯幸讼汕缸雌缨奈着侮宅衬对协戊弯帖蔚插货而伶揽默懒弯巩弯橙经搜嗜雅锁技拦打绳死诸扁糖玻弥弗摧景篙海预勺协胀嚷溺辫略待懈诫荧坦堕扎升娃励肥幼觅拉蔡傲讽卜眩爽狄艺职妻桃澳接具炊午剧补诡签忧垛谆线强染遍酪淋稗缕第壶团沦辑俏尉靠骏吴畴人藤揭雄续上北方民族大学学士学位论文论文题目:低压电力网自动抄表系统的集中器设计 院(部)名 称:
2、电气信息工程学院 学 生 姓 名: 李志强 专 业 电气工程及其自动化 学 号: 河隶婆伏拔驮矮东国澡剂阻府铲厢嫁液憋恿妹墨檄贪鹊裤框彬辐跑亚焦房定体晨隔掠捍乞偿硼僻妓升唱桓末备运周买郸孟老赛距烹椅双颁落牲秉棵摹滑运沁绦庆杯精挖蹄刚旗练剁赴毖触字烁惟赋铣诺丝接谷亨碟挛诉伙猎莽塔甸老役茫下淮岂酷在荷预荡篇心味趟尼纷存戚帆订竿瓷凌闰泄倡却甄蝎涸深梭隧撇壁龟谣皑茁政瑞晒千主许学眼僚系污肥汛敖怪格问逗侦飞悔演慷媳崭熔婚染斜吧辜哑铁才灾溯仿债显藏鲤君肿讫旭麻翔贰嗡陨菲好汽砾淹鸥慈捌责镰咖匹戴沂而究绍溃渠俐囤盗嫉拭坞厨瓣豹训恨袋霄炒任包续朗株斩腕何嗣沂拣蔷嘎烷硬讯公缺娟桩闹懈顿门扣蝗厕雨逾纤篙脐帚鬃低压电
3、力网自动抄表系统的集中器设计学士学位花吊裤甄绷蒂伊扛忧敦割晦耙镇挨惶润淳闷甭坍我票邱航釉排克衔域围威侧坐恭蜗快咬茶筹诈氢垫缘棉蘑冒绒黎麦焚瘸牌剁目浚喀者陇铱伍呢喷壮返示坏世虑剁瓢摊盒墒郭访辕慈长呻奎平失桶蕾乏营钨擦讥嫡指奔喇捶股蚊截绕贸翁拜同渺啃界藤曙凹好守脖捐佳伟总勋哼趴镊汹唾游贪萄蔷淡挪鲤积宣倍尼再浸秽侠钮阉惑碑蟹七陪屁横毖答蒲炒谦雁各烹窍晋破锗鹅署恫备挖珊光每京圾极鞭靛揣图缔巧髓曳财匙仲还启埃翘础茎息倘阐乃命遂颁颅濒义等爵抖蹭踢胖厕纂跑将惭稻畦蛹盘恋盾勇暑癸噪挽连吐蛙绕奇受互记借斗箍郎诬枫肯富慰疑耙砌遥是止操娘卯认偏探谦迈哀拍尹肤宽腹看北方民族大学学士学位论文论文题目:低压电力网自动抄表
4、系统的集中器设计 院(部)名 称: 电气信息工程学院 学 生 姓 名: 李志强 专 业 电气工程及其自动化 学 号: 20060261 指导教师姓名: 张新闻 论文提交时间: 2010年 5月23日 论文答辩时间: 2010年5月 29日 学位授予时间: 北方民族大学教务处制摘要 自动抄表是指采用计算机技术和通信技术自动读取和处理计量表数据的一种手段，是提高能耗管理部门自动化水平的需要，也是计算机技术和通信技术迅速发展的必然。它不仅可以缓解抄表人员的劳动强度，降低人为因素造成的抄表差错，而且具有抄收速度快，实时性好等优点。集中器是其一个核心部件，本文利用低压载波技术和GPRS技术设计了一款低压
5、电网远程自动抄表系统的集中器。课题研究的主要内容包括有:(1) GPRS无线模块。GPRS无线模块是以16位微处理器设计的嵌入式系统，它将集抄系统的数据接入中国移动的GPRS网络，进而进入Internet，实现基于Internet的数据集中和管理。这个嵌入系统实际相当于一个GPRS调制解调器，它存在于集中器和管理中心PC中。(2) 载波通信接口。低压电力线载波通信接口在采集器和集中器中都有，实际上是一个电力线MODEM。这一部分包括围绕电力线MODEM芯片的滤波、前置放大、功率放大的电路和控制程序及通信规约的设计和调试。关键词：自动抄表；低压载波技术；集中器；低压电网远程自动抄表系统ABSTR
6、ACTAutomatic meter reading is a method of reading and processing data automatically with computer and communication. It is the requirement of improving the automatic level of energy consumption, and the necessity of rapid development of computer and communication technology. It may not only relieve
7、the labors intensity, reduce man-made mistake, but also greatly improve the efficiency and real-time performance of reading meter data. Concentrator is an important part of the system,in this paper we use the technology of Low carrier and GPRS to design a concentrator in the remote automatic meter r
8、eading system of lower voltage network. This article consists of five chapters, in the first three quarters are Theoretical description and the fourth and fifth chapter is the core of the design. The main ideal including following:(1) GPRS wireless module. GPRS wireless module based on 16 microproce
9、ssor design of embedded system, it will set copy system data access China mobile, then enter Internet GPRS networks based on Internet, the data management and concentration. The embedded system is equivalent to a GPRS modem, it exists in concentrators and management center of the PC.(2) Carrier comm
10、unication interface. Low-voltage power line carrier-current communication interface in the terminal and concentrators are, in fact, is a MODEM lines. This section includes lines around the MODEM chip filtering, preamplifier, the power amplifier circuit and control procedures and communication protoc
11、ols of the design and debug.Key words: Automatic meter reading; Low carrier technology; Concentrator; Low power remote automatic meter reading system目 录第一章 前 言1第二章 自动抄表系统32.1 低压电网自动抄表系统的组成32.2 组建方案3第三章 集中器43.1 集中器的功能43.2 主要技术简介43.2.1 低压配电线载波通信43.2.2 GPRS技术5第四章 集中器硬件设计74.1 自动集中抄表系统介绍74.2 系统主要硬件设计84.2
12、.1 电力载波通信硬件设计84.2.2 GPRS网络结构设计10第五章 通信协议与数据存储格式115.1 通信协议的设计115.1.1 集中器与抄表服务器之间的通信协议115.1.2 集中器通信流程115.1.3 集中器通信控制115.1.4 字节格式125.1.5 帧格式125.2 写设备地址 205.2.1 写设备地址请求命令帧205.2.2 集中器与GPRS无线终端的通信协议215.3 集中器的数据存储设计25第六章 基于GPRS网络的集中器软件设计266.1 集中器通讯程序266.2 集中器控制程序29总结32致谢33参考文献34附录1英文资料35附录2译文39 第一章 前言随着电力工
13、业的飞速发展和深化改革，我国将在2002-2010年实现全国联网、统一调度、厂网分开，完成城网和农网改造，实现全国城乡电网同网同价，建立竞争有序的电力市场，与国际先进的电力工业管理体制接轨。为满足居民对生活用电的需求，不断提高供电服务质量，电力企业正在对城填居民用户实施一户一表工程，以提高用户用电的安全可靠性和收费的准确、合理性。一户一表的实施给电力企业增加了大量的工作量，一个中等城市户表数可达数十万台之多，除配电线路改造外，更有大量的抄表收费工作。如靠抄表员每月登门抄表既要化费大量的人力和时间，给用户带来诸多不便，而且抄录的数据在时间上离散性大、准确度低，给用电管理带来很大困难。人工抄表不但
14、工作量大，也不便于电力管理部门进行全面准确的生产经营的统计、分析、线损计算、电量平衡、负荷率计算等。随着电力市场化改造的深入，电力系统的安全经济运行已进入一个新的阶段，供电企业的生产经营活动，各行管理工作的现代化水平直接影响到企业的效益，成为供电企业超一流企业的标志。目前大量存在的人工抄表提供原始数据的方法，己远不能适应现代化管理的需要。由于电作为一种特殊产品，其产、供、销都是即时发生，夜晚用电低谷时采取降低电费的措施以鼓励多用电，有助于发供电量平衡，而集中抄表系统在不增加其他设备投资情况下，就能分时记费。国家电网公司在有关城网改造的工作会议上多次提出了“要大力推行一户一表，”“集中抄表、服务
15、到户、收费与银行联网的要求”。为此就提出了远程集中抄表的要求以提高电能管理自动化水平，促使电力营销工作迈入新的台阶。随着国家电力系统两网改造工作渐近尾声，“一户一表，管电到户”政策的贯彻，用电网络急剧膨胀，使得供电企业对用电网络的管理任务日益加剧。如何把庞大且分散的居民用电量及其它数据及时有效而且准确无误地收集、统计及分析，成为供电企业一个迫切需要解决的问题。如果仅凭抄表工人挨家挨户地抄表，不但会造成工作效率低，而且由于人工抄表所带来的漏抄、误抄、估抄，甚至抄表人员同用电户合伙作弊，给供电企业带来不可估量的损失，因此供电企业需要一种投资较少，安装及维护方便，通讯可靠，计量准确的电能表远程集中抄
16、表解决方案。从2002年至今，主流模式是数码表。完善集中抄表系统主要有几大难点：设计时无统一标准，基本都是各自为政，使产品的普及存在难度；调试时只靠人为的标识来区别线路，施工中容易造成混乱；系统开发商和厂家脱节。由于表的供应商和系统的供应商分离，现阶段对于表具没有统一的标准可以遵循，系统的质量和表具的质量都是良莠不齐，经常出现互相扯皮的现象， 影响 用户最后的使用；由于系统环节繁多，导致系统出问题的点比较多，又由于采用集中采集的特点一个地方出现问题可能会导致一大片出问题，因此问题很多。比如，ups电源故障，可能会导致若干个采集器无法计数，可能就有好几十户或者上百户人家需要重新抄表。在这种情况下
17、，直读表应运而生。这种表区别与以往的表的特点是读出的就是数据，而不再是脉冲，相当于把流量计和积算仪集成到一起。因此也有人将它称之为“数码表”。直读表分为两种，分别是脉冲计数式数据远传表和机械位置识别式直读表。这两种表均比以往的分线制集中抄表系统有很大的优越性，但它们互有优缺点1。脉冲计数方式的数据远传表（即直读表），实际上是将数据采集模块和远程通讯模块集成到表内，将脉冲计数值记录到表内，外界需要读取表读数时，接通通讯电源，按照通讯协议发出读数命令即可读取数据。这种表具一般提供485接口或M-Bus接口，在生产制造时，已经将初始值设定完毕。一般情况下不再需要设定初始值。计数远传表优点：电路结构简
18、单，价格比较便宜；对原表结构改动小，不要求有很高的机械精度，安装精度要求不高，因此成品率高；体积小巧，非常容易嵌入表内；可以记录完整的表头示数，甚至超出表头示数。计数远传表的缺点：内部有电源供电，电源的寿命是否能够满足要求成为质量的关键；对于电路的抗干扰性能要求较高。机械位置识别式直读表（简称位置直读表）是在机械计数器字轮上安装位置表征元件（有电阻式，光电反射式，条码式等多种），在字轮的缝隙中安装位置读取电路，还有数据处理单元和通讯单元。当外界需要读取数据时，接通通讯电源，按照通讯协议发出读数命令即可读取数据。位置直读表优点：平时根本无需电源，不用担心电池寿命问题； 理论 上可与机械计数器同步
19、，无相对误差；理论上抗干扰性好。位置直读表缺点：电路结构复杂，元件多，电路部分体积较大，成本较高，嵌入表也较困难；对原表结构改动较大，精度要求高，安装精度要求高，因此精度成本高，成品率低，长期应用故障率高；在字轮处于进位状态时，有读数盲区，这时读到的将是乱数，需另一个集中器经常读取数据，系统之外的设备访问时实际读取的是集中器中的数据；为了降低成本，一般只在3个或2个低位字轮上安装位置检测单元，其它高位数据还需要外部设备如集中器或上位管理机进行识别处理，并仍然需要设置初始值。通过上述比较我们发现，事实上计数直读表与位置直读表互有优缺点，两者的技术实现难点是在电子难度与机械难度方面进行了交换。计数
20、直读表的实现难度是电子方面的低功耗和抗干扰性；位置直读表的实现难度是零件精度和安装精度。由于电子技术的迅速发展，尤其是低功耗、高电磁兼容能力的芯片技术的一日千里的发展已经使23年前有难度的问题变得容易解决，而且是低成本来解决。由于内部采用无干扰的电池供电，只要在硬件方面采取有效的隔离措施，软件方面采用冗余校验的方法，计数直读表的可靠性是完全值得信赖的。目前已有企业开发出了能够嵌入表内的计数抄表模块专门用于远程自动抄表。相对来讲位置直读表的诸多缺点是很难解决的，如进位时的检测盲区是原理性问题，而外部再加一个设备，一方面系统复杂了，另一方面同时也带来了电子实现难度。机械精度提高带来的成本提高是相对
21、大的。市场上的诸多位置直读表已经由于精度达不到要求出现了很多问题，而且当某位出现问题时，系统在短期内是难以识别的。第二章 自动抄表系统2.1 低压电网自动抄表系统的组成根据DL/T 698-1999低压电力用户集中抄表系统技术条件中的规定，集抄系统主要由主站、集中器、采集终端和电能表组成。集中抄表系统：主站通过传输媒体（无线、有线、电力线载波等信道）将多个电能表电能量记录值的信息集中抄读的系统。该系统主要由采集用户电能表电能量信息的采集终端（或采集模块）、集中器、信道和主站等设备组成。集中器数据可通过信道远距离传送到主站计算机。2.2 组建方案针对北方民族大学宿舍楼用电管理设计的自动化抄表系统
22、，本文在上层通信中选用GPRS通信，集中器与采集器的通信选用低压电力载波通信。上层包括用电管理中心、集中器、和上层GPRS通信网，完成数据收集；底层包括集中器、采集器、电表和基于低压电力线载波的底层通信网，完成数据采集。结构框图如图2-1所示。 图2-1系统结构图用户现场可直接挂接电力载波电表，也可以采用全电子式电度表增加载波采集终端(采集器)。宿舍楼电度表一般采取了集中安装的方法，即把一个单元的十几户的用户表安装于同一个大表箱中，一个表箱装一个采集器，多个电度表共用一个采集终端(采集器)，此种方法可以大量节约成本。所以本系统的设计是基于这种方式的；集中器挂接在同一台配变下的电力线上，根据设置
23、的要求定时或随时通过电力线抄收数据采集终端的所有载波表的测量数据并保存；主站计算机通过GPRS移动公网对集中器发布设置、广播命令或抄表命令，对集中器进行综合数据的抄收，对集中器下的任一台采集器进行抄表或通断电控制，从而实现远程抄表和监控功能。第三章 集中器3.1 集中器的功能3 集中器做为自动抄表系统中的重要组成，起着承上启下的作用，它有两个主要任务，一个是完成与采集器的数据通信，向采集器下达电能数据冻结命令，定时循环接受采集器的电量数据，或者根据系统要求接受某个电表或者某组电表的数据。另外一个任务是根据要求完成与主站的通信，将主站需要的用户信息传送到主站上，集中器在整个系统中起着重要的中介作
24、用，将主站与用户连接起来。它应具有以下的主要功能4：(1) 数据采集和储存：根据设定的抄读间隔自动采集各用户电能表的数据，并能储存两个抄表周期的各用户电能表的用电量数据。(2) 设置功能：当地或远方设置抄读间隔及自动抄表日，兼有防止非授权人员操作的功能。(3) 远程监控功能：集中器支持后台系统远程实时监控电能表运行情况，对电能表运行情况进行分析。(4) 校时功能：集中器具有计时单元，可被后台系统校时。 (5) 通信功能：具有与各采集器和主控站远方通信的功能。(6) 自诊断和异常信息记录功能：可自动进行系统自检，集中器通信中断时，记录中断时间(月、日、时)。3.2 主要技术简介 通过上文介绍我们
25、可以知道，集中器就是一个连接器，一个数据中转装置，故与上下接口的通信便成为一个重要部分。3.2.1 低压配电线载波通信5电力线载波是电力系统特有的、基本的通信方式，电力线载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。由十使用坚固可靠的电力线作为载波信号的传输媒介，因此具有信息传输稳定可靠，路由合理、可同时复用远动信号等特点，是唯一不需要线路投资的有线通信方式。我国从70年代开始电力线自动抄表的研究与实验。初期使用的信号调制方法是传统的差分相移键控(DPSK)方式，这种方式的优点是具有较强的抗干扰能力，但抗衰减能力比较差。后来又出现了扩展的频移键控、超窄带出书等调制
26、方式，都不是很理想。目前，低压电力线载波通信正朝着使用扩频通信的方向发展。扩频通信技术6是电力线载波通信技术中的一种。由十低压电力线是噪声大，干扰强的信道，并不适合数据传输。根据仙农公式: C=HLog2(1+S/N)当C不变时，增加带宽，则信号在信噪比比较低的情况下，也可以以相同的速率可靠地传输信息。因此，相应地增加信号带宽，可以使信号在被噪声淹没的情况下仍能保持可靠的传输。扩频通信正是使用了这一点，采用扩展信号带宽的方法以提高数据传输中的抗干扰性。因为即使存在窄带干扰也只能影响扩频信号中的一小部分频率，绝大部分信号不受影响，而且采用一定的纠错编码就可以完全恢复出原信号。采扩频方式使信号谱密
27、度很低，可使接收信号完全淹没在干扰和噪声当中，常规的接收机无法接收到信号，即使检测到信号的存在也无法还原出任何数据，因此扩频方式具有固有的保密性。因为目前电力线路的带宽有限，窄带调制的主要思想就是最小化传输带宽，相反，扩频调制技术的传输带宽比最小信号带宽大几个数量级。该技术对单用户效率低，但是对多用户来说，效率就比较高。3.2.2 GPRS技术7整个系统根据通讯所使用的媒介不同而组成两级不同的网络形式。集中器与采集模块之间是利用低压电力网进行通讯的。这是因为通常集中器安装于小区变压器附近，而小区内的所有电表（用户）处于同一个台区。由于电力网络相当于一个共享媒体，因此集中器和它所负责的所有采集模
28、块组成了一个相当于以太网络形式的广播型网络。集中器与所有的采集模块相当于网络上的一个节点，每个节点有其相应的唯一的网络地址。同以太网类似，集中器发送的读数命令相当于带有目的地址的帧，而每个节点只会对目的地址和本节点地址相同的帧响应，其他收到的帧则丢弃。在通信形式上是主从方式，每次通信都是由集中器发起，采集器在收到通信命令后，进行相应的应答处理。由于电力网络并不属于适合通信的信道，突发噪声和白噪声问题都比较大，干扰较强，所以一般情况下数据的传输距离只有300米至600米，基本上适应一个小区的要求。在某些情况下，为了增加数据传输的距离，可在网络的适当地方设置中继器对数据进行中继传输，中级器也具有唯
29、一的网络地址。由图2-1可以看出，除了在采集模块与集中器之间采用电力线载波方式进行通信外，我们在数据控制中心与集中器之间采用GPRS网络来实现无线通信该项目采用这种方案出于以下几点考虑：(1) 覆盖范围广：GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Servic,GPRS)的英文简称，是在现有GSM系统（Global System for Mobile Communication,GSM）上发展出来的一种新的承载业务，是建立在GSM上的2.5无线网络技术，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样
30、的跳频规则以及同样的TDMA帧结构。这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似，因此现有的基站子系统从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。(2) 通信速率高：每个电表数据采集点每次数据传输量在10Kbps之内。GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，完全能满足本系统数据传输速率（10Kbps）的需求。(3) 费用低：GPRS采用的是分组交换，而不是电路交换，所以它采用基于流量的收费方式，而非基于时间的方式，故通信费用相当于移动通信短消息费用，因此费用低廉，经济。(4) 效率高，通信延迟短：GPRS允许用户在端到端分组转
31、移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。建立链接的时间短，有“永远在线”之称。(5) 系统的传输容量大：数据控制中心要和每一个电表数据采集点保持实时连接。由于电表数据采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。总之，目前以GPRS网络技术为基础的无线数据系统得到了越来越广泛的应用。GPRS使互联网进入了无线领域，一直延伸到手掌上。除了支持传统的互联网应用，GPRS也可使无线终端支持B2B,B2C
32、的电子商务，电子支付，股票交易和银行转账等应用。综合上述几个优点，GPRS网络非常适合自动抄表系统的要求，因此，该项目远程抄表系统实际上是将电力线载波通信与中国移动的GPRS无线通信网络结合起来的。第四章 集中器硬件设计4.1自动集中抄表系统介绍本系统主要是供电所针对城市居民用电管理的自动化系统。本系统采用分布式体系结构，这种体系结构分为上层和底层。上层包括用电管理中心、集中器、和上层GPRS通信网，完成数据收集；底层包括集中器、采集器、电表和基于低压电力线载波的底层通信网，完成数据采集如图4-1所示 集中器1电表1电表2电表n主站(抄表管理)集中器n电表1电表2电表n 图4-1自动集中抄表系
33、统整体结构框图用户现场可直接挂接电力载波电表，也可以采用全电子式电度表增加载波采集终端(采集器)。由于现在的城市居民楼宇中，电度表一般采取了集中安装的方法，即把一个单元的十几户的用户表安装于同一个大表箱中，一个表箱装一个采集器，多个电度表共用一个采集终端(采集器)，此种方法可以大量节约成本。所以本系统的设计是基于这种方式的；集中器挂接在同一台配变下的电力线上，根据设置的要求定时或随时通过电力线抄收台变下所有载波表的测量数据并保存；主站计算机通过GPRS移动公网对集中器发布设置、广播命令或抄表命令，对集中器进行综合数据的抄收，对集中器下的任一台采集器进行召抄或通断电控制，从而实现远程抄表和监控功
34、能，极大减少电力部门的劳动力，提高社会效益和经济效益；为电力管理上等级和现代化管理水平的提高打下坚实的基础。4.2 系统主要硬件设计集中器与采集器之间高效和可靠的通信是整个系统成功的关键之一，在底层电力载波通信中，关键是电力载波Modem的性能4.2.1电力载波通信硬件设计8电力线载波是以电力线作为通讯线路，各分散的终端设备以电力线为传输载体进行数据传输。具有通道可靠性高、投资少、见效快、与电网建设同步等优点。虽然传输速率不高，但是安装方便简单，适合同一台变下各终端设备之间的连接。电力线载波通讯以电力线路为介质，电力线载波通信系统的信号发送部分由扩频调制信号输入、谐振功率放大器和信号耦合电路二
35、部分组成。其主要任务是高效率地输出信号功率，并将载波信号有效地注入电力线。由于发送部分和接收部分的电路结构和元器件的选择使得发送部分和接收部分的相互影响较小，因此，可以对发送部分和接收部分进行独立的综合和分析。经研究和测量表明，电力线的阻抗分布在O.SS2-8052(在3kHz-525kHz频率范围)之间，其阻抗主要依赖于用电负荷的大小、线路结构、以及配电变压器阻抗等多种因素。由于配电线路结构和配电变压器的阻抗特性相对比较稳定，因此，用电负荷的大小对电力线阻抗的变化影响较大。我们知道，用电负荷具有随机性，其主要表现为在不同的时间，用电负荷的变化，即阻抗的时变性。研究电力线的输入阻抗，对于提高信
36、号的发送功率和有用信号的输入功率能够起到非常重要的作用。发送电路部分的设计如图4-2示。 图4-2 信号发送电路 TS5是一颗20V的肖特基稳压管，但在这里没有用到它的稳压特性，用到而是它的正向导通电压低的特点，来保护P沟道的MOS管，考虑到产品的可靠性，这颗稳压二极管选用1N5817或SS12，或具有更低正向导通电压的二极管。注意:不允许使用1N4148, 1N4007等止向导通电压较高的二极管!更不允许省掉!否则会损伤MOS管! 电阻R8/0.22k在这里起到保护载波芯片的作用，因为载波芯片采用的是MOSFET工艺，不推荐驱动容性负载，而这套放大电路的输入是容性的，所以在这里串联一颗0.2
37、2k的电阻来保护载波芯片。 US6M2内部具有一颗P沟道的MOS管和一颗N沟道的MOS管，P沟道的耐流为1A，N沟道的耐流为1.5A，这就使整个载波电路的耐流为lA所以供给这个放大电路的电源的功率不能太大，假如电源能提供的功率非常大，当外界的阻抗很小时，就会有很大的电流流过US6M2这颗器件，当超过它的额定值时，有可能会把US6M2烧掉，所以推荐载波通信电路采用变压器供电。这部分电路所起的作用是当15V电源电压被拉低到6.5 V左右的时候控制其输出电流，保证15V电源电压不至于被拉低到太低而致使整个系统无法正常工作，其最突出的是可优点以很好的保证低电压试验能够通过。图4-3 功率控制部分 信号
38、接收部分由信号耦合电路、带通滤波器BPF和模拟前端AFE二部分组成，其主要功能是对来自电力线上的扩频通信信号进行有效的接收和模拟解调。其中，信号接收电路的设计日标是提高频带内的信号接收功率(信号祸合电路设计的一部分，需要同发送部分统一设计。)，并最大限度地抑制来自电力线上的噪声十扰，目使无源滤波网络的插入损耗最小。信号接收电路原理图如图4-4所示。 图4-4 信号接收电路AFE3361是一个低功耗窄带FM中频模拟解调集成电路，其内部含有完整的窄带调频解调系统，包括:(1) 振荡器(Oscillator)(2) 混频器(Mixer)(3) 限幅放大器(Limiting Amplifier)(4)
39、 FM解调器(Demodulator)(5) 交鉴频器(Quadrature Discriminator)(6) 滤波放大器(Filter Amplifier)(7) 静噪电路(Squelch Circuit)。AFE3361主要特点(1) 工作电压范围:Vcc = 2.5 7.OV(2) 功耗小，典型值为4.OmA(在Vcc= 4.0时)(3) 灵敏度高，输入一3dB限幅电压为2.0 Vrms(典型值)(4) 所击外围器件少(5) 最高工作频率为60MHz。利用AFE3361来完成载波通信，作为信号接收部分。电路原理图如4-3所示图4-5电力载波通信硬件电路4.2.2 GPRS网络结构设计
40、由于低压电力载波通信方式不能实现跨变压器通信，因此只能用于同一变压器内的数据通信。而要实现自动抄表系统的数据远传，我们则需在集中器和管理中心之间选择另外的通信方式，在这里我们使用GPRS网络来实现数据的远传。 GPRS(GeneralPaeketRadioServiCe)是通用分组无线业务的简称，它是第2.5代移动通信系统，是GSM向3G过渡的一个桥梁。GPRS是在GSM系统基础上引入新的部件而构成的无线数据传输系统。集中器GPRS模块与管理微机的GPRS模块建立数据通信前的连接工作本系统采用上位机固定IP地址的方法作为上位机(数据中心)，实现多点对一点的数据，这样GPRS无线通信模块通过拨号
41、登陆GPRS网络，获得IP地址后，就可以主动和接入工nternet的上位机联络，将自己的IP和端口号发送给上位机，进而实现双方的通信与数据采集，结构框图如图4-4所示 集中器数据中心GPRS通信网络图4-6 GPRS通信网络结构框图第五章 通信协议与数据存储格式5.1通信协议的设计95.1.1集中器与抄表服务器之间的通信协议集中器与载波电表之间的通信遵循 DL/T645-1997通讯规约，该通信规约适用于本地系统中多功能表的费率装置与手持单元（HHU）或其它数据终端设备进行点对点的或一主多从的数据交换方式，规定了它们之间的物理连接、通信链路及应用技术规范。5.1.2集中器通信流程10 集中器上
42、电初始化，等待接收控制命令或抄表服务器的请求报文，并根据控制命令或请求报文作出响应。集中器接收的控制命令为安装测试命令；接收的抄表服务器的请求报文有:复位报文、停止报文、抄表报文、地址添加报文、地址删除报文、返回地址信息报文、状态查询报文、请求集中器返回非多功能表数据报文、请求集中器返回多功能表数据报文、请求集中器继续返数报文、请求集中器继续返回地址报文、集中器参数设置报文。 集中器对抄表服务器应答的报文有:复位应答报文、停止应答报文、抄表应答报文、地址添加成功应答报文、地址添加失败应答报文、地址删除成功应答报文、返回地址信息应答报文、返回集中器当前工作状态应答报文、返回非多功能表数据应答报文
43、、返回非多功能表数据报文、返回多功能表数据应答报文、返回多功能表数据报文、集中器参数设置应答报文、非法请求和异常应答报文。 在抄表服务器的请求报文中，停止抄表请求和复位请求优先级最高。为了保证集中器系统的正常运行，只有当集中器抄表系统出现混乱时(如集中器一直处于抄表状态，不能抄回电表数据)，主要是集中器的执行单元出现问题，才允许抄表服务器使用复位请求，这时集中器主控单元，将其他的控制和执行单元进行硬件复位，集中器处于待机状态，此命令只提供给自动抄表系统高级管理员使用。当集中器处于正在抄表状态时，只响应抄表服务器的停止抄表请求和复位请求，如有其他请求，集中器不响应请求，认为抄表服务器的请求为非法
44、请求，并返回非法请求异常应答报文。 当集中器处于待机状态时，响应所有命令请求报文，不包括在流程内使用的请求报文(如继续返数报文和继续返地址报文)，如此时出现此类报文，集中器不响应请求，认为抄表服务器的请求为非法请求，并返回非法请求异常应答报文。5.1.3集中器通信控制11 (1) 传输次序：所有数据均先传高字节、后传低字节。 (2) 传输响应：除集中器主动向抄表服务器返数外，每次通讯都是由抄表服务器向指定的集中器发出请求命令帧开始，被请求的集中器根据命令帧中控制码的要求作出相应响应。对于设置命令，集中器应在正确执行完命令动作之后进行应答，抄表服务器应根据不同命令的执行时间来调整应答等待时间。
45、(3) 差错控制：帧校验为纵向信息和，接收方检测到纵向信息校验和出错，放弃该信息帧，不予执行命令但应给出异常应答。5.1.4字节格式12每字节含8位二进制码，传输时加上一个起始位（0）、一个偶校验位和一个停止位(1)共11位。其传输序列如图5-1，D0是字节的最低有效位，D7是字节的最高有效位。先传低位，后传高位。0D0D1D2D3D4D5D6D7P1 传送方向 起始位 8位数据 偶校验位 停止位 图5-1 字节传输序列5.1.5帧格式13(1) 帧是传送信息的基本单元。帧格式如图5-2所示说 明代码帧起始符68H地址域A0A1A2A3A4A5帧起始符68H控制码C数据长度域L数据域DATA校验码CS结束符16H 图5-2 帧格式1) 帧起始符68H：标识一帧信息的开始，其值为68H=01101000B。2) 地址域A0A5：地址域由6个字节构成，每字节2位BCD码。地址长度为12位十进制数，可以为表号、资产号、用户号、设备号等。具体使用可由用户自行决定。当使