一種智能電表集中器設計方案

摘要：介紹了智能電表集中器的原理，分析了相關(guān)的硬件電路，設計了具體的軟件的控制流程。該集中器具有獨立存儲空間、實(shí)時(shí)性強、穩定性高等優(yōu)點(diǎn)，在具體的應用中取得較好的效果。

　 引言

　　目前，我國城市居民用戶(hù)的電表、水表、天然氣表很多是人工抄表，由抄表工作人員每月逐個(gè)查抄各種儀表，也有很多地區已經(jīng)通過(guò)抄表改造工程實(shí)現了集中抄表。

　　由于目前已經(jīng)使用的遠程抄表還面臨一些挑戰：比如初期成本較高，同時(shí)總線(xiàn)上傳輸的數據是終端用戶(hù)所消費的水、電、氣等重要數據，對總線(xiàn)的抗干擾性要求非常高，要具有抵抗容性、感性的偶合干擾的能力，為節約成本，要采用遠程供電的方式給從設備提供電源，以盡可能減少元器件的使用。

　　為了解決以上問(wèn)題，本文設計了一種基于CAN總線(xiàn)的遠程電表抄表系統集中器?；贑AN總線(xiàn)的智能電表系統具有造價(jià)較低，可靠性高，組網(wǎng)簡(jiǎn)單，管理方便，操作簡(jiǎn)捷等優(yōu)點(diǎn)，并且可以通過(guò)擴展和升級硬件，利用有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信，把集中器采集到的實(shí)時(shí)數據發(fā)送到售電公司的管理系統中統一管理，通過(guò)應用線(xiàn)損分析、遠程通斷電、防竊電分析等功能達到更高的智能化。

　　1 集中器的功能及原理分析

　　一般的智能電表系統由四部分組成：表頭，集中器，通訊器，上位機系統。具體如圖1所示，其工作原理是通過(guò)一體化載波表或安裝在電表表尾的電力計量傳感系統模塊經(jīng)CAN總線(xiàn)組網(wǎng)，集中器按設定好的時(shí)間段接收數據并保存到內部flash中，當上位機發(fā)來(lái)讀數據的信號后上位機通過(guò)RS232或RS485讀數，讀到的數據通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳送到用電管理中心。

　　在遠程抄表表系統中，集中器是一個(gè)重要組成部分。

　　集中器通過(guò)CAN總線(xiàn)控制并讀取表頭的數據，數據存儲在集中器的flash中。集中器執行從上位機發(fā)送的控制命令：

　　對時(shí)、讀flash、讀表數、限電、增加表頭地址等。

　　集中器通過(guò)CAN控制器發(fā)送讀表命令信號到總線(xiàn)上，每個(gè)表頭根據讀表命令將采集的信號通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送到集中器。集中器將采集的信號存儲在flash芯片中。上位機通過(guò)串口發(fā)送讀數據信號到集中器，集中器就把存儲在flash中的數據傳送給上位機。

　　2 集中器硬件設計

　　主控芯片采用的是ST公司的STM32系列的STM32F103Tx，該系列單片機是ARM的CortexTM-M3處理器是最新一代的嵌入式ARM處理器，它為實(shí)現MCU的需要提供了低成本的平臺、縮減的引腳數目、降低的系統功耗，同時(shí)提供卓越的計算性能和先進(jìn)的中斷系統響應。具有運行速度快(系統時(shí)鐘頻率最高可達72MHz)26個(gè)復用GPIO;64KB片上RAM;2個(gè)12位模數轉換器，1μs轉換時(shí)間(多達16個(gè)輸入通道);3個(gè)SPI，5個(gè)USARTs，2個(gè)IIC接口;片上256KBFLASH;2個(gè)看門(mén)狗，11個(gè)定時(shí)器;芯片具有獨立的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，能夠相關(guān)資料豐富，提供單片機使用庫函數，用C語(yǔ)言編程十分方便，易于開(kāi)發(fā)。

　　由于智能電表控制器需要很準確的實(shí)時(shí)性，以方便售電公司收取用電費用。因為主控芯片自帶實(shí)時(shí)時(shí)鐘，所以只需要外接獨立的32.768kHz的晶體。實(shí)時(shí)時(shí)鐘既可以通過(guò)寄存器設置年月日及具體時(shí)間，同時(shí)還有鬧鐘功能，定時(shí)中斷進(jìn)行指定操作。

　　智能電表集中器的硬件部分結構如圖1所示，主要有ARM，Flash，時(shí)鐘芯片，接口電路，RS232，RS485，電源等組成。ARM作為控制芯片，有標準設計;ARM接口電路比較簡(jiǎn)單，以下重點(diǎn)討論CAN總線(xiàn)接口和Flash接口設計。

　　圖1智能電表抄表系統結構框圖

　　2.1 CAN總線(xiàn)接口電路設計

　　因為系統對信號傳輸過(guò)程中的穩定性和抗干擾能力要求很高，所以CAN接口采用高標準接口電路。電路圖如圖2所示。

　　圖2CAN接口硬件電路圖

　　CAN-bus接口電路采用+3.3V供電，選擇CTM8251A隔離CAN收發(fā)器。該芯片是3.3V工業(yè)級的隔離CAN收發(fā)器。CTD0信號連接主控芯片的CAN控制器的發(fā)送腳，CRD0信號連接CAN控制器的接收腳。CTM隔離CAN收發(fā)器內有一完整的CAN-bus隔離收發(fā)器電路，可以將來(lái)自CAN控制器的邏輯電平轉換為CAN總線(xiàn)信號，并具有DC2500V隔離功能。另外，CTM收發(fā)器可以選擇集成ESD保護功能的“T”系列，從而省略外擴的ESD保護器件。共模扼流圈T1起著(zhù)EMI增強的功能，用于提高設備的EMI能力;共模扼流圈T1的電感參數很重要，選擇CAN-bus專(zhuān)用器件，比如EPCOS的B82793扼流圈。