低压电力无线集中抄表系统数据采集终端设计.doc

低压电力无线集中抄表系统数据采集终端设计庄克玉，胡继珍，张 超 (青岛科技大学 自动化与电子工程学院，山东 青岛 266042)2009-07-06 　　摘 要： 讨论了无线抄表系统的系统架构，介绍了低压电力采集终端的整体结构和工作原理，以及一种基于Zigbee技术的无线集抄系统数据采集终端硬件设计和软件设计。??? 关键词： 无线抄表；采集终端；Zigbee协议；CC2430 ? ?? 目前的自动抄表系统，从数据传输角度可分为有线、无线两大类，这两大类抄表系统各有其适用的应用领域，但就抄表系统的投资、建设、维护等方面，无线抄表系统显然具有更大优势。综观国内外无线抄表产品，除2006年法国公司在东欧建立的首个大规模抄表系统外，还没有其他系统可以大规模应用于居民小区，大部分只是前期试点，部分产品还没有应用在实际生活中[1]。??? 无线抄表系统不但要完成新的数据采集，而且还要保证数据的可靠性。所以通信过程的可靠性和有效性是整个抄表系统的重要质量指标，关系到系统能否可靠运行。本文分析了无线抄表系统的结构，介绍了低压电力集抄系统采集终端的整体结构和工作原理，以及一种基于Zigbee技术的数据采集终端硬软件设计。1?低压电力无线抄表系统的整体结构　　某公司致力于电能计量自动化系统的开发，该公司现有的电力载波远程集抄系统有2种方案：(1)全载波方案。系统由后台软件、集中器和表计部分组成。(2)半载波方案。系统由后台软件、集中器、现场采集终端和表计部分组成，集中器上行与后台通信，通道方式包括：GPRS/CDMA、电话线、GSM等。方案(1)中，集中器下行与表计通信，通道方式主要采用低压电力载波进行数据传输。方案(2)中,集中器下行与采集终端通信，通道方式采用低压电力载波方式；采集终端和表计通信通道采用RS-485方式。图1为国家标准DL/T 698-1999中规定的低压电力用户集中抄表系统结构。 ? ??? 低功率无线抄表系统与电力载波抄表系统具有相似的系统架构：集中器的上行通道都采用拨号网/专用网/GPRS/CDMA等网络实现电表数据的远程传输，采集器的下行通道采用RS 485总线实现电表数据的读取。它们的区别在于集中器的下行信道和采集器的上行信道的不同，电力载波抄表系统以电力线为信道载体传输数据，而无线抄表系统则以无线信道传输数据。??? 本文中，在集中器、现场采集终端或表计中分别集成无线数据收发模块，将电表数据采集的电力载波方案改成无线通道方案。这样，与2种电力载波集抄系统相应的无线抄表系统则可以被称为全无线抄表系统和半无线抄表系统。通常在一个小区中使用星型网络即可形成一个由中心节点(集中器)和多个终端节点(表计或现场采集终端)组成的无线抄表网络。考虑到小区内有的终端节点离中心节点较远，数据传输可靠性低，因此采用网状网络。多个终端节点组成无线自组网络，将采集到的数据以多跳的方式发送到中心节点中，由中心节点实现数据存储和远程传送。2?无线数据采集终端硬件设计2.1? 数据采集终端??? 采集终端是自动抄表系统安装在现场的低端设备，它主要负责对单个电表的数据进行采集，并且将每个用户的数据分别存储，当接收到集中器的命令时，将用户数据发给集中器。如果为每个电能表都配备1个数据采集器，将会导致系统结构复杂、成本高。因此，要求每个采集器可采集多个电能表的电量数据，并把统计的电量保存到相应的存储器空间，方便集中器进行抄读和控制。??? 本文设计的无线采集终端基于Chipon公司的Zigbee SoC解决方案，采用低功耗的CC2430-F128无线通信芯片。采集终端的下行通道采用RS-485总线与多台电能表连接，用于电能表的数据采集和对电能表的通断电控制。采集器的上行通道采用Zigbee无线传感器网络技术，每个采集终端都作为Zigbee网络的1个终端节点，多个终端节点和1个集中器组成网状网络，采集终端通过网络与数据集中器进行数据交互，实现电表数据的远传。图2 所示为本文设计的低压电力无线抄表系统结构。 ? 2.2? 采集终端硬件设计??? 系统的硬件结构如图3所示。它实现的功能是与外界的通信和数据的存储，其结构主要包括：CC2430-F128无线单片机、电源单元、485通信单元、红外通信单元、状态指示单元。电源单元电路用于为其他各单元供电；采集终端利用485通信单元连接多个电能表，组成485总线网络，实现对电能表的控制和电能表数据的抄读。该单元使其采集终端适合应用在带有RS-485接口的多功能电能表的场合；红外通信单元用于实现采集终端的参数设置和数据的半自动化抄读，用于解决无线抄表系统无法自动读取采集终端数据的情况；状态指示单元用于指示采集终端的组网、通信等各种工作状态。 ??? 指示灯及电源电路如图4所示，RS-