摘要：由于我国经济的迅捷发展，居民用电的越发普及，电力运行系统的逐渐完善，使得原始的人工抄表的模式已经无法满足现有电力系统的发展需要，因此，电力远程抄表系统成为现在电力运行系统中急需完善的一部分，而集中器更是远程抄表系统的重中之重。本文对如何将集中器的网络技术，通信技术以及自控技术融为一体，从而实现自动完成对远程收集、记载、实时监测、统计数据、分析数据以及供电控制等管理来调控各个用户的用电情况进行论述。通过对电力远程抄表系统中集中器硬件设计与实现等方面进行深入研究与分析，最终完成较为成熟的方案，使我国的电力运行系统进一步完善。
关键词：远程抄表系统；集中器；嵌入式系统
在21世纪以前，电力部门对电力管理的方式主要是以居民用电后人工抄表缴费方式为主。传统的人工抄表方法工作量庞大，数据的准确度也难以得到保障。就此问题，国家供电部门全面开展信息采集项目的研究，使得电力远程抄表系统这一方向备受关注，促使自动抄表系统的仪器与设备的需求量剧增。本文提出了关于作为远程抄表系统运行核心的集中器的设计方案与思路，这将为以后研究与设计制造更加经济适用的远程抄表系统提供支持有力的理论依据。
1 集中器的硬件设计与实现的意义
与传统的人工上门抄表数据信息，然后将收集的数据和信息记录在案，再将费用按固定费率计算，最后信息由上级主管部门存档相比，集中器的硬件的开发与研究，无论是对于个人还是对于国家来说，其优点都是不言而喻的：首先和传统的人工抄表模式相比，劳动强度得到了极大程度的降低；其次是抄表的效率也有明显的提高，便捷准确；之后对各种数据的能够更加安全有效的存储，也方便对历史数据进行迅速查找和汇总统计；然后是通过计算机系统对用电数据自动的进行统计与分析，方便各管理部门能够及时掌握居民用电状况以及运行的变化情况的信息，从而有利于及时排查故障以及网络通道的更新换代；接着方便对全国家、全地区范围内的电力管理实施标准化、规范化、合理化；之后有利于对同一地区、同一行业实行用电收费标准的动态管理和错峰定价以及梯度定价，改善了各种收费方案的合理性和科学性；最后不仅仅满足了国家现代化、信息化建设的需要，而且信息技术、电脑技术的广泛应用是对于提升行业和部门的管理水平、决策能力来说是不可或缺的。
2 集中器硬件的设计方案
集中器的硬件部分主要由中央处理器、储存模块、上下行通讯、JTAG接口等部分构成，见图一。
2.1 中央处理器
中央处理器结构在整个系统中占据核心作用，其位于集中器硬件设备的核心位置，而其芯片性能的好坏更是决定了整个系统性能的优劣，因此必须符合集中器硬件设备的要求。一般情况下，在对远程抄表系统进行研究与完善的过程中，集中器的主控芯片选用AT91SAM7X256芯片，该芯片具有全套强大的系统功能。首先是32位微控制器成员的ARM RISC处理器；其次是具有256k字节的高速的Flash和64k字节SRAM以及一整套外设，最后，网络端口型号选用802.3 E themet和一个CAN控制器。因此，强大的整套系统功能使得中央处理器所需外部组件的件数得以减少。
2.2 储存模块的设计
无论是哪种类型的芯片，都含有外设接口。而AT915AM7X25芯片则含有串行外设接口SPI，当芯片内部的256K字节的片内存储器在难以满足要求时，那么便可以采取片外扩展。一般情况下，以存储系统的程序作为储存器的主要功能。片外扩展的存储器或者内存卡里主要存储这电表上的各种数据信息。因而如果自身系统已经具备足够大的存储空间，那么就没必要再一步的拓展存储空间。
2.3 上行通讯模块的设计
首先是MODEM通信设计。在上行链路通信模块的操作期间，内置MODEM和主计算机之间的通信是集中器的主要功能。此通信方法作为有线通信方法之一。用户仅仅只需将电话线按照说明要求就可以进行远程通信。当集中器的MODEN指示灯无限闪烁时，表示主机正在拨号过程中。当集中器与主机建立正常连接时，集中器的指示灯进入恒定光模式，并且可以进行通信。在通信结束后，集中器的指示器和MODEM的指示器将同时熄灭。因此，指示灯可用于确定集中器中上位机的不同通信状态。一般选择在设计时便分离通信模版与主板，不仅方便之后的替换维修，还可以确保通信模块的灵活性和稳定性。该系统还可以通过模仿市场上的其他模块设计，采用盒式和暗盒板的方法设计集中器的远程通信模块，设计人员应将这方面作为通信模块的研究重点，使得模块结构和主板之间的联系能够进行进一步加强[1]。
其次是红外通信设计。作为无线通信技术，其传输数据的方式是通过红外线。该通讯方式以价格低廉，保密性较高，损耗程度较低为优势成为一种较好的通讯方案。但在距离与速度这两方面上受到一定的限制，但在实际测试等方面的仍有较高的应用价值。
集中器底部有一个红色按钮，可在等待抄表时按下，红外通信等待状态在指示红灯闪亮约1分钟左右进入。最后集中器会自动从红外通信状态中退出在红外通讯指示灯熄灭的时候。芯片TSOP31838以及CPLD芯片IS4064可以共同将接收到的红外线进行转化和传输，并且完成红外线后续的调制与解调。在电力抄表的实际应用上，必须对每个抄表现场加强检测工作，同时采取科学的方法对各项集中器的参数进行合理地调控。
2.4下行通讯模块的设计
集中器与终端设备进行数据传输的部分，就是人们口中的下行通讯。根据项目设计工作和设计的要求，不同芯片的适配也不同，AT91SAM7X256芯片可用于上行和下行通信设备，而TX和RX系列芯片只能用于下行通信数据终端。根据设计要求，下行通信应配备载波通信端口，芯片，RS-485串口，选择性控制端口等。集中器的最终目标是增强数据传输，加强科学规范的设计，从而有效提高远程抄表的效率。
首先介绍载波通信设计。下行载波通信模块的主控芯片应采用单芯片片上系统设计，以适应未来开放式自动抄表，智能信息家电和远程监控系统的发展。它不仅具有功能强大的微处理器，还具有高精度的模数转换和电力线载波通信，该芯片具有比其他芯片更强的抗干扰能力，更高的数据通信速度和更高的软件可配置性灵活性，因为其扩频通信单元采用PL2000系列专用电力线载波通信IC的升级核心[2]。
其次为RS-485设计。对于电力通信方案的设计，除了低压电力载波通信方法之外，通常还选择RS-485总线通信方法用于下行链路通信。这种联网模式具有更宽的选择范围，它可以通过使用混有低压电源载波的RS-485总线或具有相对高可靠性的全485解决方案进行联网。最近，越来越多的芯片可以用在RS-485接口中，从而促进这种通信技术的不断发展。
2.5JTAG的设计
此设计使用用于ATMEL AT91系列的SAM-ICE模拟器调试器和用于ARM处理器的JTAG模拟器。标准JTAG接口使用4线模式，以更好地执行模式选择，时钟，数据输入和数据输出这四个测试。并且我们可以通过JTAG接口连接多个串行设备进行JTAG测试，形成一个链，从而更好完成对各个器件的测试，而且JTAG接口还可用于对FLASH器件的编程设计，还可以通过JTAG接口逐一访问在芯片内部的所有部件，因而是一种简洁高效的开发调试嵌入式系统[3]。
3 结束语
通过集中器的MODEM通信模式接收上行链路信道的主站命令，再由处理器处理之后，使它变为一个或多个内部可执行命令，然后再处理历史数据和数据参数，最后传回数据信息通过协议封装到上行链路信道，上游信道再根据原始路径将数据信息发送回服务器。与此同时，下行信道抄录各个用户终端的用电数据情况并存储，从而实现电力远程抄表工作。随着我国科技水平的不断发展，电力部门实现自动抄表是必然趋势。而我国目前也处于大力发展自动抄表模式的机遇中，研制并投入一个成熟的远程电力抄表系统，必将会带来难以想象的社会效益和经济效益。
参考文献：
[1] 车霏.远程抄表系统中集中器的设计与实现[J].甘肃科技，2009，25（18）：20-22.
[2] 张绮文.ARM嵌入式应用开发[M].北京：电子工业出版社，2009.207-213，299-330.
[3] 罗琪，翟立君．新型MODEM芯片CMX868的应用[J]．国外电子元器件．2004（3）：56-59.
论文作者:陈晨1.2,唐远航1.2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/8
标签：集中器论文; 通信论文; 芯片论文; 抄表论文; 电力论文; 数据论文; 载波论文; 《基层建设》2019年第23期论文;