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1、-基于ARM和载波通信的远程用电采集集中器硬件设计毕业论文-第 31 页基于ARM和载波通信的远程用电采集集中器硬件设计摘 要由于我国智能电网的发展十分迅速，旧的抄表收费管理方式己经落后。本文在查阅了大量国内外相关资料后、结合实际工作，提出了一种运用低压电力线载波通信的新型远程用电采集系统。该系统分为3个层次，即主机、集中器和载波智能表表，本文重点分析研究了集中器硬件组成以及通信。本文首先分析了远程用电采集系统的通信方式；重点讨论了无线通信和载波通信的应用；深入研究了ARM(Acorn RISC Machine)微处理器各模块以及载波模块和无线通信模块的设计。在此基础上，采用ARM微处理器和载
2、波模块实现了远程用电采集系统中集中器与终端载波智能表之间可靠的数据传输，而无线通讯模块则保证了主站与集中器之间的双向通讯。集中器是连接主机与载波智能表之间的关键，起着上下联系的作用。根据国家电网公司标准规定的集中器的主要功能及性能指标要求，本文重点研究设计了集中器的硬件组成。其中硬件组成主要包括主控制器、存储器模块、时钟模块、电源模块、LCD显示模块、载波通信模块、无线通信模块等。关键词：ARM，电力线载波，集中器，远程用电采集系统Hardware Design of the Concentrator based on Power Line Communication and ARMABSTR
3、ACTWith the rapid development of Smart Grid of our country, the traditional ways of meter reading can not satisfy the demand any more. Based on the vast collecting and consulting of the concerned information of the electricity information collection system of inland and abroad ，also and the experien
4、ce in the work, a new electricity information collection system adopting carrier communication technology of the low-voltage power line communication (PLC) had been proposed in this paper. It had network structure of three layers，i.e. the computer administrative system，the concentrator and the carri
5、er meter. Especially I analyses the structure of the concentrator and the communication between them.First of all, First of all, the communication mode of the electricity information collection system was analyzed. Secondly, the wireless communication technology and the PLC were emphatically discuss
6、ed. Thirdly， the modules of the ARM(Acorn RISC Machine) and the wireless module and the PLC module were deeply studied. Based on this，the reliable data transmission between the concentrator and the terminal signal carrier ammeter was realized by ARM and the PLC module. Being the heart of the automat
7、ic meter reading system，the concentrator connected the computer with the terminal carrier meter. The hardware system of the concentrator was emphatically designed according to the main functions and the demands for performance targets of the concentrator stated in the power trade standard of PRC. It
8、 was mainly composed of MCU，external expanded RAM，clock module, power module，LCD module，the computer communication interface circuit and the PLC communication circuit together with its peripheral circuitsKEYWORDS：ARM, carrier power line, concentrator, electricity information collection system目 录摘 要I
9、IIABSTRACTIV第1章 绪论51.1 课题的提出和意义51.2 国内外研究现状和动态51.3 课题的可行性分析51.4 本文的主要任务6第2章 用电采集系统总体设计72.1 用电采集系统总体结构设计72.2 集中器上下通讯的选择72.2.1通讯方式对比72.2.2 载波若干种技术对比92.2.3 无线若干种技术对比112.3通讯规约122.3.1电力载波居民集抄系统集中器上行通信规约122.3.2多功能电能表与终端通信的协议172.3.3GPRS集中器通讯规约192.4系统总体方案确定1925本章小结21第3章 用电采集系统远程抄表系统各功能模块设计223.1用电采集系统远程抄表系统集
10、中器的硬件设计223.1.1集中器的功能及技术指标223.1.2集中器的结构框图223.2集中器各功能模块设计233.2.1 主控器的选型233.2.2时钟模快电路设计263.2.3 复位模块电路设计263.2.4 电源电路模块设计273.2.5 存储器电路设计283.2.6 LCD接口电路设计313.2.7 电能计量模块333.2.7其他电路的设计373.2.2集中器电力线载波通信模块设计403.2.3 GPRS通信模块513.4本章小结52第4章集中器各种功能流程的简单介绍544.1GPRS通讯任务的建立544.2自动抄表任务的实现554.3载波抄表任务的实现554.4本章小结57结论58
11、致 谢59个人简历60参 考 文 献61第1章 绪论1.1 课题的提出和意义随着中国城镇化建设和智能电网的建设，传统的抄表收费方式已经不能满足供电企业信息化的要求，主要表现在一下几方面：1、智能表的推广和高楼层的建设，使得抄表员的劳动强度大幅提高。2、抄表工作中，人为干预的因素明显，存在估抄、漏抄和错抄现象，供电企业不能了解用户用电的实际情况，给供电企业的电费核算和用电稽查增加困难。3、随着阶梯电价和峰谷电价的执行，供电企业对用电信息（如电能需量、分时电量和负荷曲线等）的掌握变得极其重要。远程用电采集系统是指采用先进的通信和计算机网络技术自动获取和处理电能表数据的系统。发展用电采集系统远程自动
12、抄表技术是提高供电企业管理水平的需要，也是科技迅速发展的必然需要。采用自动抄表技术，不仅能节约人力资源，而且是提高抄表的准确性，减少人为估抄、漏抄和错抄的有效手段，使供电企业能及时准确获得数据信息，快速出账，实现对线损、设备和用户的实时监控。自动抄表为实现上述需求提供了切实可行的技术手段。1.2 国内外研究现状和动态近年来，智能电网已经成为全球电力能源发展的新趋势，包括美、日在内的许多发达国家把智能电网战略提升到了国家战略的高度。作为智能电网的重要组成部分，智能抄表技术的研究工作已经取得了很大的成果。以色列尤尼克（Unique）技术公司开发了collector集中抄表系统，利用现有的电网和电表
13、，以电力线作为信息传递媒介，建立数据采集通信系统，通过线载波技术将信息远距离传送。而由英国自动化仪表公司本部策划，组织杭州沃制电力有限公司研制的IC 系列电表，可按用户需要接上通迅接口，利用RS485 接口，零电压脉冲继电器输出或420MA 线性进行远程监测。德DTech 公司则此专门开发了SMI 专用模块，用于电子式电能表的数据采集，以400 脉冲/度或800 脉冲/度向外输出数据1。在国内，虽然我国对智能抄表技术的研究起步较晚，但是发展速度很快。目前，国内生产智能抄表的厂家超过150 家。通过电力工业部电力设备及仪表检测中心检测的厂家接近100 家，受理的专利超过165 项。据不完全统计，
14、安装的智能抄表用户超过250 万户，抄表技术多样公：总线、载波、红外、工频、超窄带（UNB）。抄表方式多样化：单表、多表。系统功能逐步完善，除抄表外，还具有线损统计、用电考核、远程控制、自动收费并与银行联网等。1.3 课题的可行性分析本课题所设计的用电采集系统主要的难点是设计ARM电路以及解决集中器与主站和智能表的通讯技术，随着载波调制和解调技术被应用到在低压电力线载波通讯中，在一定的通信距离内，抄表的成功率可以达到99%以上，；而无线通讯技术的发展，己经日新月异，基本上不存在任何问题。因此，本文设计的用电采集系统在技术层面来讲是可行的。在经济实用性方面，本课题设计的用电采集系统的优势十分明显
15、，本系统在设计中所采用处理器为功能强大、扩展丰富的ARM微处理器，通讯媒介是天然的低压电力线网络和通讯商的无线网络，即节省了通讯设施的铺设成本，又降低了维护成本。综合以上两个方面，可见本课题所设计的用电采集系统是完全切实可行的。1.4 本文的主要任务本课题是在总结前人的用电采集系统的基础上，结合实际工作情况，设计出一种经济实用的用电采集系统。该系统的核心设备便是集中器，集中器即可以当做关口的电能表使用，采用交流采样方式；又可以通过安装可插拔式的载波模块，实现对台区的低压智能表的抄取，载波芯片使用青岛东软公司的PLCI38IV芯片；上层通讯采用无线公网。本文中首先对集中器的各功能模块进行电路设计
16、，然后对载波模块和无线通信模块进行设计，最后对模块的工作流程进行了简单的介绍。第2章 用电采集系统总体设计2.1 用电采集系统总体结构设计用电采集系统是一个集抄表、传输以及通讯监测等功能的完整的控制体系，最上层的大脑即主站，由各种服务器组成，配备管理软件，实现数据的读取、用电情况的统计等功能。中间层应该有一个中转站即“集中器”，集中器的配置应该综合考虑台区中变压器的个数，最关键的技术就是集中器如何实现与上层和下层的数据传输和通讯。最底层为智能表，随着国家智能电网战略的实施，智能表的推广为远程用电采集创造了条件。2.2 集中器上下通讯的选择2.2.1通讯方式对比表2-1 有线通讯的主要方式序号通
17、讯方法成本优点缺点1485终端成本最低集中器和采集器成本不高布线成本高综合成本：高通讯实时性好需布线易接错线线长时易受雷击影响日常维护工作量大2M-Bus终端成本中等集中器和采集器成本不高布线成本高综合成本：高通讯实时性好需布线成本比485高日常维护工作量大3公用网例如各种宽带接入(ADSL等)终端成本较高网络及集中器投入一般，无通讯网络成本建设需日常维护费用综合成本：高通讯稳定日常维护费高终端成本较高需布线4载波终端成本中等集中器和采集器成本不高无布线综合成本：中下免布线成本适中通讯效果不稳定，实时性差表2-2无线通讯的方法序号通讯方法成本优点缺点1公用网例如移动，联通等终端成本较高网络及集
18、中器投入一般，无通讯网络成本建设需日常维护费用无布线综合成本：高通讯稳定日常维护费高终端成本较高2带基站的企业网终端成本较高有通讯网络成本建设日常维护费用低廉无布线综合成本：高通讯稳定日常维护无需交费需一次性基础建设投入终端成本较高3Zigbee等不带基站的无线自组网终端成本中等无通讯网络费用无布线综合成本：中等成本中等日常维护不需要交费通讯效果不稳定，实时性差由于485和M-Bus组较远距离网络存在施工复杂，易受气候以及环境影响等问题，使得这2种通讯方式独立组网的方式已经几乎被排除在终极解决方案以外。目前国内外技术研发的重点都集中在载波和无线通讯2个领域。以上图表中成本和性能之间存在对应关系
19、，较低成本的网络性能也会差一些， 为了更仔细地探讨哪种方式更适合电力AMR项目， 我们在下两个部分对这2个领域的技术做仔细的分类。2.2.2 载波若干种技术对比电力线作为一种通信传输介质，具有可变信号衰减、阻抗调制、脉冲噪声以及等幅振荡波干扰等不利于数据传输的特性。从使用的带宽角度来说，电力线载波通信分为宽带电力线载波通信和窄带电力线载波通信。所谓电力线宽带 （Broadband over Power Line，BPL）通信技术就是指带宽限定在230MHz之间、通信速率通常在1Mbits以上的电力线载波通信技术，它多采用各种扩频通信技术，是目前研究“四网（宽带数据网、电话网、有线电视网和低压配
20、电网）融合”的关键技术之一。所谓窄带电力线载波通信技术就是指带宽限定在3500kHz、通信速率小于1Mbits的电力线载波通信技术，它多采用普通的PSK技术、DSSS技术和线性调频Chirp技术等。从技术发展的角度来说，电力线载波通信分为传统的频带传输技术和目前流行的扩频通信（Spread Spectrum Communication，SSC）技术：所谓频带传输就是用载波调制的方法将携带信息的数字信号的频谱搬移到较高的载波频率上。其基本的调制方式分为幅值键控（ASK）、频率键控（PSK）和相位键控（PSK）以及相关派生调制技术。传统的载波通信原理的最大的弱点就是去噪能力有限；所谓扩展频谱通信是
21、一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽，频带的展宽是通过编码及调制的方法来实现的，并与所传信息数据无关；在接收端则用相同的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所传信息数据。目前电力线载波通信常用的扩频技术主要有：直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS）、线性调频（Chirp）和正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）等。此外，跳频（Frequency Hopping，FH），跳时（Time Hopping，TH）以及上述各种方式的组合扩频技术也较为常用。
22、通过以下图表2-3对照，我们可以了解到：成本较高，网络技术完善的载波抄表技术，实时通讯的抄收成功率会好一些，通讯速率也更快速。表2-3载波抄表技术比较厂家1厂家2厂家3厂家4厂家5载波方式PSK相位调制技术加直序扩频PSK相位调制技术加直序扩频FSK频率调制技术加直序扩频BPSK加智能跳频技术MCM多载波技术，每个码元四个频点频点270Khz120Khz67.2-87.1 150KHZ60-90khz 110-140khz15khz-150khz载波速率300BPS500BPS600/1200BPS5400BPS2400BPS自动上报功能无无无有有抗干同频干扰性一般一般一般较好好路由技术简单简
23、单简单完善简单网络技术支持网络通讯3层协议支持网络通讯3层协议支持网络通讯3层协议支持网络通讯7层协议支持网络通讯3层协议推广度大大大国外多欧洲采用成本低低中高高优点成本成本成本实时性抗干扰缺点速度，抗干扰能力成本通讯效果网络负载重的情况下很难抄回，每天一次的抄到率尚可。 可以满足24小时一次的抄表要求。不能完成实时控制抗干扰能力强。实时性好一些。可以满足20分钟内的抄表要求。实时控制能力不确定。2.2.3 无线若干种技术对比本部分只罗列被广泛研究的无线通讯技术。 带基站的技术的好处一定是功率大，穿透能力强，通讯稳定。表2-4通讯技术序号通讯技术频点覆盖范围典型应用优点缺点1PHS1.9G30
24、0-500m小灵通没有合适的频段终端成本和设备成本都较高1km2Wifi2.4G5.8G300m无线上网卡公用频段成本高覆盖范围太少500m3GSM450M900M1800M1900M10km移动通讯稳定设备供应商众多频点需要申请4CDMA870M10km联通通讯效果没有GSM好5SCDMA1880M2010M10-30km3G通讯稳定成本高450M30km大灵通覆盖范围最宽设备供应商太少通过上表2-4与下表2-5比较，我们可以发现，带基站的通讯技术，特别是GPRS/CDMA等成熟的通讯技术，可以完成实时通讯和远程控制，但是如果是自己建设网络，一次性的投入比较大。如果是采取公网，日常维护的费用
25、比较大。其中还有另外一个很大的缺点是频点需要事先申请在日本，目前在讨论，被电信废弃的PHS(小灵通)网络是否可以被转为自动抄表应用。在美国，最大的抄表公司Itron也是采用的带基站的无线抄表模式。而不带基站的通讯技术，特别是其中的佼佼者Zigbee或者ISM技术，采取的是公共频段，设备成本也低廉。 但是由于传送信号弱，目前阶段不能有效解决穿墙问题，抗干扰能力也很差，所以通讯效果和载波差不多，都存在不能实现时时通讯以及远程控制的问题。由于无线通讯技术已经被广泛使用，所以在终端方面，成本并不高昂，只是如果要达到较好的通讯效果，网络的建设需要进一步的投入，摊到每个表上，成本就会高一些。表2-5不带基
26、站的无线通讯技术序号通讯技术覆盖范围联网能力典型应用优点缺点1红外技术(IR)视距以内，中间无障碍物无遥控器成本通讯距离2433M RF自由空间200m无汽车门锁对讲成本联网能力公共频段，易受干扰3蓝牙10到100米间非网状耳机快速覆盖距离4Wi-Fi困难无线上网极高数据率功耗覆盖距离比较昂贵5UWB小于10米无视频和高速数据(USB)解决方案速度极高覆盖距离6Zigbee户外最大覆盖距离为400米,室内最大覆盖距离在30米。网状家庭自动化成本低低功耗穿墙问题，最多只能穿透一堵墙2.3通讯规约2.3.1电力载波居民集抄系统集中器上行通信规约电力载波居民集抄系统集中器上行通信规约为DLT/698
27、规约。（1）帧格式1）帧格式定义本标准采用GB/T18657.1的6.2.4条 FT1.2异步式传输帧格式，定义见表2-6：表2-6帧格式起始字符（68H）长度L固定长度长度L的报文头起始字符（68H）控制域C控制域用户数据区地址域A地址域链路用户数据链路用户数据（应用层）校验和CS帧校验和结束字符（16H）帧格式2)传输规则一般情况下线路在闲暇状态时会采用二进制。另外帧的字符之间也有一定的间隔，同时两帧之间在闲暇时期会有最低33位。如果出现了错误，那么两帧之间就会有将近33位线路。帧校验一般情况下会和（CS）使用同一种八位八组的算法来进行，不会对过多的进位。一般情况下会采用效验的方法来进行：
28、在每一个字符中，都会进行启动位以及定位的效验。对于每帧：在效验帧中，固定的文头都会和所规定的字符达成相应的协议，并进行标识；对两个长度的L进行识别；每个帧的接收长度数据都为L1+8；帧校验和；字符的结束；当效验出现一定差错时，效验线路都会有一定的空闲间隔；如果这些效验出现差错，那么久应该对此舍弃；如果没有差错，那么这种帧的数据还是有效的。(2)链路层1)长度L长度L包括协议.标识和用户数据长度，由2字节组成，如表2-7：表2-7D7D6D5D4D3D2D1D0D15D14D13D12D11D10D9D8长度的定义在这些协议标识中，D0D1两位编码都是有自身定义的：这种形式主要为禁用状态；主要是
29、为电力负荷的系统数据；在本协议的使用过程中；D0=1、D1=1，主要为保留状态。在这些数据的长度中，主要为L1：这些主要由D2D15来进行组合，在采用BIN编码的过程中，主要是对地址以及所用的数据来进行对字节的划分。主要运用了无线信道，一般情况下其长度会不大于225；另外还采用了网络上的传输，其值一般小于16383。2)控制域C控制域C表示报文传输方向和所提供的传输服务类型的信息，定义表2-8：表2-8控制字定义D7D6D5D4D3D0下行方向传输方向位DIR启动标志位PRM帧计数位FCB帧计数有效位FCV功能码上行方向要求访问位ACD保留a）传输的方位DIR=0：这类帧主要包括了报文的行情，
30、主要是对下行报文进行传输。b)标志位的启动PRM =1：这种帧主要是通过报文来进行输送。PRM =0：是指从动站。c) 在帧计数中，帧计数的有效位主要是用来运输的。一般情况下，FCB表示连续性的发送，同时还可以确认出服务是否响应。FCB主要是防止信息运输的主要状况和重复情况。从一个从东站向另一个启动站输送响应时，将会使FCB取相反值。在启动站中，FCB值会根据启动站来进行调配。但是长时间没有收到相应的报文，同时在接收中也出现了一些差错。启动站这种不改变的状态也会直接影响到原来的发送以及相应的服务。在复位命令中，一般会进行FCB=0的状态。d) 在请求访问中，CAD会出现一些错位。在上行响应文件
31、中，主要会用到ACD=1，它主要表示的是一个相对比较重要的采访形式，另外在信息域中也会带有相应的计数器；ACD=0的主要应用是从无事件数据来进行划分。ACD主要还设有“1”和置“0”的状态：在上次的报文中，新的重要事件是比较重要的一个形式，其位置为1；在这些主站请求过程中，还要针对报文来进行执行。e) 帧数的有效位还应该在FCV 中来实现。FCV=1：在表示一些FCB应用中，还要对此施行有效 或者无效的确定。f) 功能码在启动标识中，还要对定义进行体现。表2-9功能码定义（PRM=1）功能码帧类型服务功能0备用1发送确认复位命令23备用4发送无回答用户数据58备用9请求响应帧链路测试10请求响
32、应帧请求1级数据11请求响应帧请求2级数据1215备用当启动标志位PRM =0时，功能码定义见表2-10：表2-10功能码定义（PRM=0）功能码帧类型服务功能0确认认可17备用8响应帧用户数据9响应帧否认：无所召唤的数据10备用11响应帧链路状态1215备用本标准规定：启动站功能码10（请求1级数据）用于应用层请求确认（CON=1）的链路传输，应用层请求确认标志见本标准。启动站功能码11（请求2级数据）用于应用层请求数据的链路传输。3)地址域Aa)地址域格式地址域由行政区划码A1、终端地址A2、主站地址和组地址标志A3组成，格式见表2-11：表2-11地址域格式地址域数据格式字节数行政区划码
33、A1BCD2终端地址A2BIN2主站地址和组地址标志A3BIN1b) 行政区划码A1行政区划码按GB2260-91的规定执行。c) 终端地址A2在终端地址的分类中，其A2的选址范围主要在1到65535。在无效的地址中，A3的定位还会出现一些偏差。也可以用1来进行标识。d) 在主站地址中，主要是地址标识A3的D0位中，主要为地址的标志，D0=0终端地址为A2,因此这一组数据为0127个主站。在这些主站中，一定呀发送帧来对MSA进行设置，并让其一直处于非零值的状态来发送正确的MSA。在终端启动中，还要对MSA进行一定的校准。e) 帧校验和帧校验在用户区域中，还要对算术产生一定的数据分析和链路的变化
34、。(3)应用层表2-12 应用层（链路用户数据）格式应用层功能码AFN帧序列域SEQ数据单元标识1数据单元1数据单元标识n数据单元n附加信息域AUX应用层定义应用层功能码AFN应用层功能码AFN由一字节组成，采用二进制编码表示，具体定义见表2-13：表2-13应用层功能码定义应用功能码AFN应用功能定义00H确认否认01H复位02H链路接口检测03H中继站命令04H设置参数05H控制命令06H身份认证及密钥协商07H备用08H请求被级联终端主动上报09H请求终端配置0AH查询参数0BH请求任务数据0CH请求1类数据（实时数据）0DH请求2类数据（历史数据）0EH请求3类数据（事件数据）0FH文
35、件传输10H数据转发11HFFH备用帧序列域SEQ在帧序列中，还要根据传输的变化来进行有规则的传输，由于这些长度的限制。一些具体的数据将无法进行传输和分类，在每帧数据中，还要建立相应的处理变化表现形式。表2-14 SEQ定义D7D6D5D4D3-D0TpVFIRFINCONPSEQRSEQ2.3.2多功能电能表与终端通信的协议多功能电能表与终端通信的协议为DL/45-07规约。帧地址如图所示，下面对该协议进行简要说明。（1）应用功能645-07协议是多功能电能表与终端通信的协议，与97规约相似但不是对97规约的扩充与升级，很多内容并不与97规约相兼容。表2-15 帧格式起始字符（68H）地址域
36、A起始字符（68H）控制域C长度L链路用户数据校验和CS结束字符（16H）（2）地址域A为6字节BCD码的表地址（3）控制码C图2-1 控制码C（4）数据长度L 读数据时L小于等于200，写数据时L小于等于50，L=0表示无数据域。（5）数据域DATA 数据域中的数据结构随着控制码的不同而改变。传输时发送方对每字节进行加33H处理，接收方进行减33H处理(余3码)。（6）校验码CS从起始符到校验码之前的所有数据的二进制算术和。（7）一般在发送帧数据之前先发送4个字节的FEH，以唤醒接收方。（8）数据域的重要成员：数据标识 数据标识用四个字节DI3DI2DI1DI0区分不同数据项目，协议中规定了
37、各种数据标识码对应的电表操作功能，终端通过下发不同数据表示的帧来实现对电表的不同操作。（9）数据类型分为七类：电能量、最大需量及发生时间、变量、事件记录、参变量、冻结量、负荷记录。2.3.3GPRS集中器通讯规约一般用于与主站远程通信，通过GPRS模块采用AT指令集实现通信AT指令集是从终端设备或数据终端设备向终端适配器发送的。AT指令以AT开头，后面是命令，还可以搭配参数，指令会有返回值。例如：网络同步信号灯控制：命令：AT$MYSOCKETLED=1返回值：OK2.4系统总体方案确定在我们确定了通信标准之后，就可以对整个系统进行设计了。图2-1是用电采集系统的结构示意图，系统以供电局的计算
38、机抄表中心为主站，以电力变压器10KV/380V供电的每个小区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，电能表为从站。多个用户的电表数据，通过载波模块的调制解调，并经22OV低压电力网用载波方式送到集中器，集中器再通过无线公网把数据传送到供电局的主站。 由系统结构示意图可知，用电采集系统是将电表数据从下而上逐级传送完成，也可以根据实际情况的需要进行数据双向传输，该系统可分为四个主要组成部分：(1) 智能电能表；(2) 载波模块；(3) 集中器；(4) 主站。图2-2 抄表系统各组成抄表系统各组成部分的功能是:(1) 智能电能表为实现电能表的远程采集，智能电能表除了能够保存符合采集
39、需要的各种数据，还应具有将各种数据进行调制的载波模块。(2)载波模块载波模块实际上是智能表和数据集中器中间的一个桥梁，它的主要功能在于同时对多个用户电能表的数据，并进行调制和解调，送到集中器上。(4)集中器集中器是安装在小区的配电站区的，它的功能是向采集器发出命令，抄收计费终端的数据，然后再通过无线传送给远方的主站；集中器能够接收的主站的命令，并把相关命令再转发给辖区内的智能表。此外，集中器还可以定时抄收计费终端的数据，并把抄收到的数据存储到数据存储器中。(5) 主站通过通信网对集中器送来的电量数据进行分类和储存、校对抄录时间、设置用户编号和抄表时间、发布抄录命令以及统计和计价、为收取电费、线
40、损计算、负荷控制提供服务。25本章小结本章阐述了用电采集系统的功能目标和设计原则，提出采集系统的总体结构图，并分别阐述了智能电能表、载波模块、集中器、主站在系统中的位置、功能以及设计构想。第3章 用电采集系统远程抄表系统各功能模块设计3.1用电采集系统远程抄表系统集中器的硬件设计集中器是安装在小区供电变压器低压侧，作为载波抄表系统的中心环节，是整个系统的核心，是主站与用户电表之间的枢纽。3.1.1集中器的功能及技术指标集中器作为电力线载波抄表的一部分，起着上传下达的作用。集中器的主要功能有：(1) 采集功能集中器可根据主站发出的抄表任务进行历史数据和实时数据的召测。(2) 参数设置功能可通过主
41、战对集中器进行参数设置，包括小区所有电能表的端口号、波特率以及表地址等。(3) 通信功能集中器通过无线公网实现和主战的双向通讯，实现数据的上传，任务的接收。(4) 数据处理对电能表的数据（包括电压、电流、功率、表码等）进行整点冻结和储存。(5) 校时功能集中器可通过主机的标准时钟源进行系统校时，调整时间误差。3.1.2集中器的结构框图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。集中器既要做主站的从机，又是载波智能表的主机，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
42、展存储模块和时钟模块。存储器主要用于存储参数、变量、集中器自身的参数、所负责电表的参数以及电表电量等；实时时钟为集中器定时抄表提供时间标准；集中器与主站之间通过通信模块进行通讯；集中器与载波智能表之间通过载波模块进行数据的采集。集中器的组成结构框图如图3-1所示。图3-l 集中器组成结构框图3.2集中器各功能模块设计3.2.1 主控器的选型随着科技的不断发展，微电子技术也在不断的更新，其电子技术已经相应成熟。出现了一些性能更强，体积更小的的处理器，这些控制中，还会有一定的标准形态和产品意识。在对性能的介绍中，储存形式以及控制手法都有一定的依赖性，分布形式也有所不同。其硬件平台也有一定的依赖性，
43、众多任务中也出现一定的能力的问题。这些较大的公司中，还会有一定的逐渐转向等特点。这些ARM为重要的嵌入式结构，有着广泛的影响力。这已经成为微处理器的一种重要的形式，其32位的事业领域也相当标准。S3C2410是Samsung公司最新推出的一个处理形式，其主要的特点就是有着较高的性价比以及独特的设备运用信息。这两个型号中S3C2410X主要是根据X型手法进行改进的一个形式，有着较强的性能和相当成熟的功能。为了进一步降低了处理器的管理系统，这样就能够支持STN控制器以及NAND Flash Boot Loader、管理上的一些设备问题。在这些通道中还要和 4通道PWM定时器进行连接，这样就会使这些
44、设备出现交通上的堵塞。在USB技术中，还要把这些设备和主卡进行连接。这样就能够形成相应的时钟方面的卡口状况，在通道中SPI是利用外围设备进行一定的运算。PLL时钟中还要利用好CPU内核上的采用技术，这样就能够使微控技术出现一定的新型结构分类。ARM920T还是一种比较实用的数据分析，MMU的利用会使整个高速缓存出现一些独立的指令。这些数据的分析中还要由8个字长来进行分析和了解，这样的组成形式也是一种非常必要的组成形式。 S3C2410A将会为一个完整的外围系统接口减去整个必要的成本，这样也就能够省去外器件的设计。 这些集成线路中，还要把片上的一些功能进行必要的分析：同时也能够集成相应的线路。 （1）当内核电压在1.8V和2.0V中间时，储存的形式也是相当有必要的。在一些外部的IO中，电压一般会在1.3中间。 （2）一般情况下会由16KB的形式进行对外部的分类和研究。 （3）外部的储存器一定要和控制处理形成相应的逻辑。 （4）在LCD控制器中，还要把这些具体的色彩以及相应的TFT进行结合，这样