王金華 程曉榮

（華北電力大學計算機系 河北 071003）

0 引言

目前，智能電網(wǎng)沒有統(tǒng)一的概念，其關(guān)鍵就是構(gòu)建多種能源統(tǒng)一入網(wǎng)和分布式管理的智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠智能判斷與自適應(yīng)調(diào)節(jié)，實時地監(jiān)控和采集電網(wǎng)和用戶的用電信息，且采用最經(jīng)濟與最安全的方式將電能輸送給用戶，最終使電網(wǎng)運行更加可靠。

傳統(tǒng)的三表(水、電、氣)需要抄表人員定期挨家挨戶抄取數(shù)據(jù)，結(jié)算費用后再到各家收取，這種方式誤差大、工作量大，會出現(xiàn)漏抄、誤抄、估抄等現(xiàn)象，這樣會給供電企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，需要提供一種智能管理方式，使電力部門能夠?qū)崟r的從用戶處獲取與用電相關(guān)的信息。而智能抄表系統(tǒng)能夠自動采集數(shù)據(jù)，提高了發(fā)送與監(jiān)控的實時性，同時提高了工作效率，為電力部門提供了一種安全便利的技術(shù)手段。

智能抄表系統(tǒng)目前的研究熱點主要是遠程無線智能抄表。Zigbee 技術(shù)是在這幾年興起的一類低速率無線傳感技術(shù)，它具有低功耗、低成本以及易安裝的特點。該項技術(shù)的出現(xiàn)對當前布線復雜、抄表效率低的傳統(tǒng)抄表系統(tǒng)來說，無疑是一種很好的解決方案。目前，國內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)出了一些基于 Zigbee的無線抄表系統(tǒng)，但是距離實際應(yīng)用還有一定的距離。

1 現(xiàn)有的智能抄表技術(shù)

目前國內(nèi)外普遍采用的智能抄表的方式有三種：電力線路載波自動抄表、IC卡預付費模式抄表、遠程無線抄表。

1.1 電力線路載波自動抄表系統(tǒng)

電力線載波通信以電力線為載體，用電力線傳送經(jīng)過調(diào)制后的三表數(shù)據(jù)，接收方通過解調(diào)技術(shù)將信息接收。其主要優(yōu)點是利用電力線傳輸，無需額外鋪設(shè)管線，覆蓋面廣，傳輸數(shù)據(jù)方便等。

但是在我國的電力集中區(qū)，使用低壓電力網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，會受到電磁信號、無線電信號、脈沖信號的干擾，導致傳輸數(shù)據(jù)錯碼、丟碼。要解決我國電網(wǎng)的純凈度，需要相當大的投資，因此電力載波抄表系統(tǒng)在我國還不太適合。

1.2 IC卡預付費模式抄表

IC卡預付費模式需要先將用戶信息存入IC卡，然后再利用IC卡技術(shù)和終端系統(tǒng)對IC芯片進行數(shù)據(jù)管理。

IC卡預付費抄表的優(yōu)點如下：以電表線路為載體，節(jié)省資源；可以避免用戶拖欠電費；用戶可隨時知道自己的消費情況。

同時該方式也有著以下的缺點：IC卡電表技術(shù)的電磁兼容問題，可能造成抄表不準，誤報警等情況的發(fā)生；IC卡抗干擾能力弱，容易被破解；預付費的方式不人性化，難以適應(yīng)電價變動的要求。所以IC卡預付費的應(yīng)用只是智能電表系統(tǒng)中的一個過渡。

1.3 遠程無線智能抄表

遠程無線智能抄表結(jié)合了計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無線通信技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對用電信息的自動獲取和處理。

遠程無線智能抄表的優(yōu)點在于：工作效率高；實時監(jiān)控能力強；系統(tǒng)維護和靈活性高；可以提供精確的用電數(shù)據(jù)，方便監(jiān)督和查詢。

遠程無線智能抄表方式也有不足之處：當無線網(wǎng)絡(luò)信號不好時，會影響數(shù)據(jù)的采集；管理系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，會使整個系統(tǒng)癱瘓。

2 基于Zigbee的無線智能抄表系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)組成及工作原理

如圖1所示，PC 機和采集器之間通過RS232串口進行通信，而采集器和計量表之間采用Zigbee無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。PC機是整個系統(tǒng)的管理中心，下發(fā)抄表指令給采集器，采集器再把命令下發(fā)給計量表，計量表收到抄表指令后，把計量表的讀數(shù)發(fā)送給采集器，采集器再把該讀數(shù)發(fā)送給PC機，然后由上位機軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示和處理。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)中Zigbee 網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式選擇星型網(wǎng)絡(luò)，即終端節(jié)點直接與協(xié)調(diào)器進行通信，可以提高通信質(zhì)量和速度。

系統(tǒng)軟件工作原理：為了實現(xiàn)無線自動抄表的功能，節(jié)點在加入?yún)f(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)后每隔一段時間向協(xié)調(diào)器發(fā)送一個抄表數(shù)據(jù)，并由協(xié)調(diào)器上的 LCD 顯示出來，同時將數(shù)據(jù)通過串口傳輸至 PC 機。在 Zigbee 無線自動抄表系統(tǒng)中，協(xié)調(diào)器具有創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)、接收數(shù)據(jù)以及顯示數(shù)據(jù)的功能，節(jié)點具有自動尋找網(wǎng)絡(luò)以及發(fā)送數(shù)據(jù)的功能。下面就協(xié)調(diào)器與終端節(jié)點的工作原理進行具體介紹。

圖1 系統(tǒng)框圖

（1）協(xié)調(diào)器節(jié)點設(shè)計

①協(xié)調(diào)器接受終端節(jié)點入網(wǎng)流程

協(xié)調(diào)器節(jié)點上電初始化后，如果收到信息，判斷是否是節(jié)點入網(wǎng)請求，如果是的話，就將該節(jié)點加入鄰居列表，分配網(wǎng)絡(luò)地址，并發(fā)送確認信息；如果收到的不是節(jié)點入網(wǎng)請求信息，則進行其它處理。

②協(xié)調(diào)器接收數(shù)據(jù)流程

協(xié)調(diào)器收到信息后，對信息包頭進行解析，如果得知是數(shù)據(jù)包的話，就對數(shù)據(jù)信息進行提取，然后串口顯示；如果不是數(shù)據(jù)包的話，就進行其他處理。

（2）終端節(jié)點設(shè)計

終端節(jié)點先上電，然后初始化，接著會向整個網(wǎng)絡(luò)發(fā)送請求，當收到響應(yīng)后，節(jié)點再對發(fā)送響應(yīng)的節(jié)點發(fā)送連接請求，如果連接請求得到正確的響應(yīng)，節(jié)點入網(wǎng)成功；否則，節(jié)點入網(wǎng)失敗。終端節(jié)點彼此之間不能通信，只能與協(xié)調(diào)器通信。

（3）上位機軟件設(shè)計

上位機軟件用來進行系統(tǒng)設(shè)置，顯示虛擬拓撲和數(shù)據(jù)。

①系統(tǒng)設(shè)置部分

自動采集時間間隔*掉線靈敏度=節(jié)點掉線識別的時間周期。自動檢測本機從0～50已打開串口，此時“開始連接”按鈕恢復可操作狀態(tài)。單擊“開始連接”按鈕，上位機軟件將已加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點與網(wǎng)關(guān)節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖模擬顯現(xiàn)。

②虛擬拓撲部分

顯示整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，鼠標右鍵單擊節(jié)點圖標，支持菜單項“查看傳感器曲線”，鼠標左鍵單擊“查看傳感器曲線”，將彈出新窗口顯示該節(jié)點所有傳感器實時數(shù)據(jù)曲線圖。

③數(shù)據(jù)顯示部分

可以顯示基本的計量表信息以及采集到的數(shù)據(jù)信息。

基于以上三部分的功能，能夠很方便的查看各計量表節(jié)點的實時曲線，以及每個時刻各計量表的數(shù)據(jù)。

2.3 實驗運行結(jié)果

首先安裝開發(fā)環(huán)境和仿真器驅(qū)動，然后讀寫物理地址，打開上位機軟件，設(shè)置好系統(tǒng)的自動采集時間間隔和掉線靈敏度，然后單擊自動檢測按鈕。單擊“開始連接”按鈕，上位機軟件將已加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點與網(wǎng)關(guān)節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖模擬顯現(xiàn)。單擊“查看傳感器曲線”，顯示該節(jié)點所有傳感器實時數(shù)據(jù)曲線圖。最后顯示基本的計量表信息以及采集到的數(shù)據(jù)信息。

3 小結(jié)

智能抄表系統(tǒng)技術(shù)結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、儀表測量及通信技術(shù)，隨著我國智能化建設(shè)的發(fā)展需要，對智能抄表系統(tǒng)的研究顯得越來越重要，有著廣闊的應(yīng)用前景。遠程無線抄表是智能抄表的研究熱點，本文設(shè)計了基于Zigbee的無線抄表，給出了系統(tǒng)組成及工作原理和系統(tǒng)軟件設(shè)計過程。隨著科技的發(fā)展，相信更多的技術(shù)也會應(yīng)用于智能抄表，總而言之，把其他相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)合理地應(yīng)用到自動抄表系統(tǒng)中，會促使智能抄表技術(shù)盡快完善并不斷進步。

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