电力载波通信抄表集中器初步设计

电力载波通信抄表集中器初步设计

张丹1谭然2

(国网河南省电力公司永城市供电公司河南永城476600)

摘要：本文首先分析了高频信号在电力线中的传输特性；重点讨论了扩频通信技术在电力线载波通信中的应用；深入研究了以扩频调制解调技术通信技术为基础的、高性能的电力线载波专用MODEM芯片SSCP300的内部工作原理。在此基础上，采用SSCP300实现了远程抄表系统中集中器与终端载波电表之间可靠的数据传输。

关键词：电力载波，扩频通信技术，集中器，抄表系统

概述

自动抄表系统是指采用通讯和计算机网络等技术自动读取和处理表计数据的一项新技术。采用自动抄表技术，不仅能节约人力资源，而且可提高抄表的准确性，减少因估计或誊写而造成账单出错，使相关管理部门能及时准确获得数据信息，故这种技术越来越受到用户的欢迎。如电能需量、分时电量和负荷曲线等，自动抄表为实现上述需求提供了切实可行的技术手段。

1.电力线载波通信技术

电力线载波通信是利用电力线作为传输通道的载波通信，是电力系统特有的一种通信方式。它根据频率搬移、频率分割原理，将原始信号对载波进行调制，搬移到不同的线路传输频带，送到电力线上进行传输。常用的低压电力线载波通信技术有以下几种：(1)窄带通信方式；(2)多载波调制方式；(3)扩频通信方式。

其中，扩频通信技术目前己经在低压电力线通信上得到广泛应用，并已经取得了很大的发展，成为电力线载波通信的热点。与传统的通信方式相比较，扩频通信技术具有以下特点：(1)抗干扰能力强；(2)具有选址能力；(3)抗多径干扰能力强。

鉴于电力线的恶劣的通道特性，必须采用专用的电力线载波专用MODEM芯片，这也成为电力载波抄表系统的关键技术。因此电力线载波通信的关键就是选用一种功能强大的电力线载波专用MODEM芯片。

2.电力载波自动抄表系统

图-1是基于电力线调制解调器的自动抄表系统的结构示意图，系统以计算机抄表中心为主站，以变压器供电的每个用电单元为相对独立的子系统，在这些子系统中，集中器又相当于主站，电能表以及数据采集器为从站。采集器的作用是采集多个用户的电表数据，通过电力Modem的调制解调，并经低压电力网用载波方式送到集中器，集中器再通过公用电话网或专用通信网(如光纤或无线电通信等)把数据传送到计算机抄表中心。

自动抄表系统可分为五个主要组成部分：(1)电能用户表；(2)数据采集器；(3)电力线Modem；(4)集中器；(5)计算机抄表中心。

3.电力载波抄表集中器的硬件设计

3.1集中器的结构

集中器本身是由主控单元、数据库存储单元、时钟单元、载波通信单元、数据传送通信单元等部分组成。集中器既要做上位机的从机，又是载波电表的主机，其软、硬件的设计要求从根本上保证系统可靠、稳定。主控器是集中器的核心，数据的采集、处理与传送都是在主控器的控制下进行的，外部扩展数据存储模块和时钟模块。集中器的组成结构框图如图-2所示。

3.2集中器主控器的选择及作用

集中器是通信的枢纽，它负责中心计算机和采集终端之间的联系。主控器是集中器的核心部件，51系列单片机有极多的器件可供选择，并且数量还在日益增多，价格便宜，技术成熟，扩展力强。因此，对于各种各样的项目而言，51系列单片机是一种较好的选择。

3.3数据存储器的扩展与选择

W77E58片内数据存储器为1KB的SRAM。集中器要管理电表，对其进行数据集、处理、存储，仅片内1KB数据存储器是不够的，需要扩展外部数据存储器。本文采用6264作为扩展的数据存储器，它具有容量大、功耗低、价格便宜、集成度高、速度快、设计和使用方便等特点。在系统中加入掉电保护电路，保护数据有很高的可靠性，可以和EEPROM相媲美。

3.4时钟模块

本文选用的DS12887是DALLAS半导体公司新推出的实时时钟芯片,可直接取代DS1287,该芯片引脚少、体小、使用方便、价格便宜，功能丰富，应用广泛。DS12887芯片在为系统提供时间信息的同时，还保证了积累值及其它重要数据在掉电情况下不致丢失，对时间的读取可以采用查询方式，即查询到位IRQ/为0时读时间，也可以采用中断方式使芯片每秒钟中断一次，在中断程序中读时间，为了提高工作效率通常采用中断方式。

3.5电力线载波通信电路

电力线载波电路是负责与载波电表的通信，能同时接收多路电力载通信，每一路电力载波均有独立的收发系统。载波电路是整个系统的核心，本文采用SSCP300作为电力线载波专用调制解调芯片。

电力线载波通信是电力线载波抄表集中器的核心任务，采用先进的载波调制原理，充分利用电子技术和微处理器技术，开发通用的电力线载波通信设备则是电力线载波抄表的重要基础工作。电力线载波通信模块是由SSCP300和SSCP111构成的,且由主处理器W77E58控制核心控制的。SSCP111媒介接口和电力线耦合电路部分完成缓冲放大、低通滤波和信号耦合等功能。SSCP300网络接口控制器,实现具体的数据链路层功能(包括数据包的发送和接收、发送字节到符号的转换、接收符号到字节的转换及CRC的产生和校验等)。

4.电力线载波抄表系统集中器软件的设计

电力线载波抄表系统的硬件水平由于扩频技术的发展使其成为可能，而软件中继技术的应用使这种可能变成了现实。

集中器系统软件使用汇编语言进行编写，这种语言具有功能浮点运算、编程灵活和移植性好等优点。根据集中器要完成的功能，软件结构主要包括：主程序模块、数据块、时钟模块等。

4.1主程序设计

在所有的操作中，定时读取各载波电表的数据是最主要的也是最复杂的，本文主要介绍集中器定时抄取载波电表数据的程序设计。抄表循环程序流程图如图-4(a)所示。

4.2集中器向上位机的数据传输

与集中器相连接的MODEM在进行初始化设置时将自动应答功能开启，这样呼叫方MODEM拨号后，等待集中器MODEM送来的载波信号，集中器MODEM检测到预定的响铃次数后便自动摘机，然后与呼叫方进行载波连接。如果双方在预定时间没有检测到载波信号MODEM会自动释放线路，同时返回结果码，一旦载波建立成功后，MODEM便会返回结果码，表明双方连接成功，可进行数据通信。

如果串口接收到数据则开始计时，并继续查询串口，若在10秒内串口接收到数据，表示载波建立成功保持集中器与上位机的连接，开始与上位机进行通信。数据传送完成后，使MODEM从联机状态返回到命令状态，延时一段时间后发送挂机命令，一次数据通信结束。若第一次响铃10秒后还未接收到结果码l，则表示载波无效，上次响铃为有人打电话或者是连接出现错误，集中器不与上位机连接而继续运行其他程序。发送完一包数据后，集中器若接收到上位机发送的“W”指令，说明发送有错误，要求重发本包数据。

5.结论

本系统具有技术水平高、可靠性好、数据准确、适应性强、功能全、模块体积小、功耗低，系统操作界面简单易懂、安装维护方便。这套系统的使用极大地减少电力部门的劳动量，同时提高了电力系统的现代化管理水平，有很好的社会效益和经济效益，对系统稍加扩充，便可完成电力系统各种表计的远方自动化抄表，进一步提升了电力系统的现代化水平。。并具有更加广阔的发展前景。

参考文献:

[1]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京：北京航天航空大学出版社，1993.

[2]张鑫.单片机原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2005.

[3]佟云峰.时钟芯片DS12887在单片机系统中的应用[J].昆明冶金高等专科学校学报,2001,17（1）：44-46.

[4]周向红，范伟.DS12887实时时钟芯片及应用研究[J].企业技术开发，2006，25（2）：6-8.

[5]史贤俊,聂子玲.基于SSCP300的电力线扩频载波通信电路的设计[J].国外电子元器件,2002，1：4-7.