隨著電力市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，當(dāng)前大量存在的人工抄表這種費(fèi)時(shí)費(fèi)力效率低下的方式已遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代化管理的需要。為了解決此問題,提高用電管理的自動(dòng)化水平, 應(yīng)采用自動(dòng)抄表系統(tǒng)，不但可以節(jié)約勞動(dòng)力、提高工作效率，而且可以避免人工抄表存在的誤抄及漏抄，避免了各種人為因素的電量、電費(fèi)損失。筆者研究的電力線擴(kuò)頻載波自動(dòng)抄表系統(tǒng)主要由電能表、數(shù)據(jù)采集器、集中器、主控站和通信信道組成，系統(tǒng)框圖如圖1。本文主要描述采集器設(shè)計(jì)。

                         &

       采集器是自動(dòng)抄表系統(tǒng)安裝在現(xiàn)場(chǎng)的低端設(shè)備，其作用是將多臺(tái)電能表連接起來(lái)，對(duì)用戶電能表的脈沖進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理，接收來(lái)自集中器發(fā)來(lái)的各種操作命令，向集中器回送電能表數(shù)據(jù)，對(duì)違章、欠費(fèi)用戶實(shí)施警告和控制。采集器主要由中央處理單元、數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)單元、載波調(diào)制解調(diào)單元組成。

       本設(shè)計(jì)是基于51兼容芯片PL3200的單片機(jī)，對(duì)4路電能表的脈沖進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、計(jì)算，變成各路電表的用電量數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。通過RS485串行通訊口可利用外設(shè)對(duì)系統(tǒng)初始化設(shè)置和數(shù)據(jù)抄錄。初始化設(shè)置包括系統(tǒng)編號(hào)、電表常數(shù)和表底數(shù)設(shè)置，系統(tǒng)依據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行電量轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)內(nèi)配有電源監(jiān)視器和看門狗，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。同時(shí)，還具備紅外或其他方式的通信功能，以便在采集器與外界聯(lián)系中斷時(shí)，采用半自動(dòng)的方式進(jìn)行抄表。

       PL3200芯片是北京福星曉程公司開發(fā)的多功能智能型電能計(jì)量芯片。PL3200是內(nèi)嵌了805 1指令的高速微處理器芯片，其軟件易于開發(fā)，具有8/16位雙模式ALU，能夠8倍速于標(biāo)準(zhǔn)805 1處理器，運(yùn)行速度快，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。該芯片還具有兩個(gè)全雙工UART，一個(gè)可配置為38kHz的紅外通信模式，另一個(gè)可配置為RS485通信模式，提供了多種方便的數(shù)據(jù)傳輸方式。

       系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

       系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。它實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)電能的計(jì)量和與外界進(jìn)行通信。

                                                圖2 硬件結(jié)構(gòu)電路

       電能計(jì)量

       PL3200的電能計(jì)量部分有以下特點(diǎn)：

       提供高電能計(jì)量；

       提供有功功率和無(wú)功功率瞬時(shí)值輸出(應(yīng)用于儀表校驗(yàn))；

       指示正/負(fù)功；

       雙通道電流采樣，具備防竊電功能；

       電流通道內(nèi)置可調(diào)增益放大器(PGA)，方便電能計(jì)量的多種采樣方式；

       具有電壓/電流有效值測(cè)量以及相電壓頻率測(cè)量功能。

       其工作原理是：首先，通過電流互感器CT、電壓互感器PT對(duì)電流、電壓采樣，采樣電路如圖3；采樣后經(jīng)過放大電路放大，通過A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)；接下來(lái)經(jīng)過數(shù)字濾波、移相等處理；終，得到有效的電能計(jì)量數(shù)據(jù)。從而，完成對(duì)有功/無(wú)功功率、瞬時(shí)電流和電壓的有效值以及當(dāng)前的交流頻率值的計(jì)量，計(jì)算。

                                                       圖3 外接采樣電路

       計(jì)量電路可以由軟件來(lái)控制采樣兩路電流信號(hào)中的某一路。在計(jì)量模塊內(nèi)部與電壓采樣結(jié)果進(jìn)行乘法處理，計(jì)算得到有功功率、無(wú)功功率。上電復(fù)位時(shí)默認(rèn)為路ADC 采樣作為電流通道的輸入。計(jì)量輸出部分采用的是主時(shí)鐘分頻得到600KHz 頻率再經(jīng)過降12 倍頻采樣得到速率為50KHz 數(shù)字脈沖輸出。

       計(jì)量模塊與8051之間是并行通訊，通過寄存器以及中斷進(jìn)行控制。PL3200 內(nèi)部的嵌入式微處理器8051可以通過特殊功能寄存器(SFR，包括控制寄存器、標(biāo)識(shí)寄存器、校表寄存器和數(shù)據(jù)寄存器四類)地址直接訪問計(jì)量模塊內(nèi)部的寄存器。

       RS-485通信

       采集器通過RS-485總線構(gòu)成一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)來(lái)設(shè)置和抄讀電表數(shù)據(jù)，使它適合應(yīng)用在帶有RS-485接口的多功能電子表的場(chǎng)合。

       PL3200 內(nèi)部有2個(gè)比較器，通過他們可以將RS-485通訊的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成UART1所識(shí)別的SCOMS 信號(hào)，同時(shí)也可以將UART1 的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)，從而直接進(jìn)行RS-485通訊。外接電路圖如圖4。

                                              圖4 RS-485通信接口電路

       RS-485是一種低成本、易操作的通信系統(tǒng)，RS-485總線收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，即在發(fā)送端，驅(qū)動(dòng)器將TTL電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)輸出；在接收端，接收器將差分信號(hào)變成TTL電平，因此具有抑制共模干擾的