吕志结

厦门新景地集团有限公司（361000）

远程电表的设计与应用

吕志结

厦门新景地集团有限公司（361000）

传统的IC卡表电表运行方式，已不能满足现代化管理的要求，实现多用户能耗仪表的自动抄表已经成为可能，特别是建设部提出来的小康型住宅小区的规划要求，并逐步实行能耗仪表出户的统一管理，实现微机自动检测、计量和收费。本文针对目前居民小区的电能计量中实际存在的各种问题，详细说明了远程电表的设计、改造及应用。

IC卡表；远程抄表；射频

0　引言

远程电表系统管理软件实现了电表的远程抄表功能、过载断送电控制功能、定时断送电功能、预付费功能、恶性负载识别功能、复费率计量功能等。还充分利用现代电脑处理速度快、存储容量大、便于管理和操作、安全性可靠性高的特点，扩展实现了用电量的月度及年度统计，公用电表电量的分摊，公共线损电量的分摊，用电状况实时监控显示，预付费电量电价的调整，个别情况的优惠售电，水表、气表、暖气表远程抄表、结算、交费，物业项目（卫生费、保卫费、停车费等）管理收费，各类数据报表的查询打印，用户用电信息的编辑维护等，将大量的用户及用电信息储存在电脑中，使数据的检索、汇总、传递等变得简单准确，从而将相关的管理工作人员从繁重的劳动中解放出来，为管理的科学化、现代化提供依据［1］。

1　远程电表的设计结构

远程电表的设计结构图如图1。

图1　设计结构图

2　远程电表硬件设计

2.1远程电表的整体结构

在了解国内外现有产品特点的基础上，为了使抄表器的功能更加完善，设计的抄表器具有计数、数据存储、数据处理、电量及其状态的显示等基本功能。整体结构如图2所示。

图2　整体结构如图

2.2远程电表的整体工作流程

脉冲采集计数模块根据脉冲计算出电表的数据，存储于内部的RAM中。

AT89C51根据时钟模块的时间设定，定时向脉冲计数模块发送数据传输命令，收集其电表中的数据，并根据设定好的程序，存储于外部的RAM中，等待上位机的查询，并把没有反应过来的终端的号码记录下来，上传给上位机。

上位机操作中，有定时抄送和随时抄送模式；定时抄送，即上位机根据系统设定的时间，查询各脉冲采集计数模块中的数据；随时抄送，指在某种特殊情况下，需要单独对某一用户进行复查等。在两种模式下，对没有反应的终端做备份，并警告等［3］。

2.3远程电表设计要求的技术参数

额定电压220/380V，量程15～60A（直入式）准确度等级1.0级（直入式），额定电压220/380V，工作电压范围AC180～260V，标定电流15（60）A，脉冲常数900imp/kwh，售电精度0.01度，计量分度0.1度，断电后数据保留＞10年。

2.4远程电表的功能要求

可实现本地管理和网络管理。售电方式多样化，可买度数或实交钱数，避免卖电找零。用电商品化，做到商品用电可购可退。内部强电部分与弱电部分应有电磁干扰屏蔽隔离措施，确保电能表安全可靠运行。智能网络电表计量芯片应采用专用纯三相电能计量芯片，能按国家标准要求的三相表的平衡校表法及不平衡校表法进行校表。智能电表具备两种费率结算方式——单费率和复费率，杜绝以后因费率变化更换仪表。具备射频卡扩展功能，射频终端具备显示液晶屏，可查询相关用户用电信息。为防止客户端数据丢失等情况发生，要求数据库可存放数据库服务器，与客户端分开存放，同时具备查询开放功能，方便多级管理查询。具备用电状态查询功能，显示查询用户电量、功率、通断状态、功率因数等，可显示每相负载功率。具备全屏监控功能，可24h循环不断检测用户用电状态。反窃电功能，能精确计量正负两个方向的电能且以同一方向累计，有效杜绝了偷漏电现象。具有预付费功能及免费基础电量设置功能。内部电源三相供电，具有电源缺相指示功能，电源缺相，设备正常工作。强弱电隔离，提高抗干扰能力。具有定时通断管理功能。

3　远程电表的软件设计

3.1软件设计的基本原则

为了满足远程抄表系统的设计要求，应根据以下基本原则进行软件的编制：

1）易读性和易维护性

这通常是指软件系统容易被发现和纠正错误，容易修改和补充。由于生产过程自动化程度越来越高，测控系统的结构也日趋复杂，设计人员很难在短时间内就能对整个系统理解得准确无误，软件的设计与调试也不可能一蹴而就，在发现问题时又要便于修改和完善。

2）可测试性

系统软件的可测试性有两方面含义：一是较容易制定出测试，并据此对软件进行测试；二是软件设计工作完成后，首先在模拟环境下运行，经过静态分析和动态仿真运行，证明准确无误后才可投入实际使用。

3）准确性

这对整个系统具有重要意义，对远程抄表系统而言就更具有实际意义，其结果的准确程度直接关系到千家万户的切身利益。因此，在算法选择和位数选择方面要满足实际要求，运算结构要符合国家相关的技术标准。

4）实时性

它是检测系统的普遍要求，即要求系统及时响应外部时间的发生，及时给出处理结果。近年来，由于硬件高度集成化和速度的提高，配合相应的软件，系统实时性的要求较容易得到满足。

5）可靠性

可靠性是系统软件最重要的指标之一，该要求有两层意义：一是运行参数环境改变时，软件能可靠地运行并给出正确的结果，即要求软件具有自适应性；二是在环境恶劣、干扰严重的情况下，软件必须保证系统可靠地运行。这对系统的整体可靠运行尤为重要。

近年来，广西越来越重视健身休闲产业的发展，其产业规模也逐年扩大。2015年广西体育健身休闲活动总产出和增加值分别为7.5亿元和3.5亿元，占全区体育总产出和增加值的比重分别为4.8%和4.9%①资料来源：《广西壮族自治区体育局发布2015年全区体育产业规模及增加值的公告》（桂体经〔2017〕19号）。。综观整个体育服务业（除体育用品和相关产品制造业、体育场地设施建设外的其他9大类），经济规模较大的是体育场馆服务，总产出和增加值分别为21.2亿元和14.0亿元，占比分别为13.6%和19.5%。由此可见，传统体育产业的发展，体育场馆服务依旧是主要创收来源，健身休闲产业尚有较大提升空间。

3.2管理软件的特点及主要功能

抄表与售电功能：通过管理中心利用管理软件，系统可抄取电表的数据及售电，售电精度0.01度。

参数设置功能：通过管理中心利用管理软件，依据电能表类型可设置各种参数。

控制功能：通过计算机控制用户的通、断电状态。

修改功能：系统具有住户信息修改、设置等功能。

费用结算：系统根据抄表或售电记录计算用户的费用，并实现将公共能源损耗平均分摊或按比例分摊到每户，并自动计算每户应缴费用，以便向用户收费。

查询功能：①单户查询：可随时查询任一户的售电记录或剩余电量。②每层楼查询：可随时查询任一层楼全部住户售电记录或剩余电量。

打印功能：可以打印各用户售电记录、可打印全部用户总清单和单一用户清单。

防作弊功能：系统实现授权密码操作，可以详细记录操作员的操作流程。

开户销户功能：系统可实现对用户进行开户、销户、更换房间、退费等管理功能。

数据过滤功能：系统能根据设定值，对用户剩余电量进行过滤分析，提醒用户及时购电。

3.3远程电表软件的数据传输模块

1）RS-485标准接口

RS-485为半双工，在某一时刻，一个发送另一个接收。用于多站互连时，可以节省信号线，便于数据的传输。RS-485是一种多发送器的电路标准，扩展了RS-422的性能，允许双导线上1个发送器驱动32个负载设备，允许在平衡电缆上挂发送器、接收器或者收发器。

2）MAX485芯片

MAX485芯片是MAXIM公司生产的差分平衡性收发器芯片，集成片包含一个驱动器和一个收发器，适用于RS-485通信标准。

4　远程电表的应用

4.1远程抄表控制与管理系统

远程抄表控制与管理系统主要由电能表、中继分配器、传输网络、通讯适配器、通讯机、主控计算机和管理软件等部分组成。计算机通过传输网络与电能表进行数据交换并进行计算、查询、统计、打印、参数设定及断送电控制，从而实现电费结算及控制等功能［3］。

电能表备有专用通讯接口，通过通讯适配器或通讯机可接入485总线网络、局域网网络、无线网络、电话网络等传输网络，连接方式多样。

通讯适配器：其主要功能是通过RS485总线方式或其他传输网络将多台电能表及采集器与异地计算机连接起来，实现数据网络传输。

技术指标：容量32个设备（电表或采集器），通讯距离1200m，电源5V，功耗≤1W。

增强型中继分配器：当通讯适配器与远端电表或采集器线距离超过1200m时，应增加中继分配器，以放大通讯信号，延长通讯距离。

技术指标：容量32个485设备（电表或采集器），延长距离1200m，电源5V，功耗≤1W。

中心管理计算机：WindowsXP平台、奔腾多媒体计算机。对电能表或采集器上传数据进行集中管理。

4.2远程抄表管理系统的要求

精度等级1.0级，出厂精度0.5级，稳定运行1.0级。双核CPU，计量电路与通讯、显示、控制电路应采用双CPU结构，一个CPU主管计量，一个CPU主管通讯、显示、控制等，计算准确，运算速度快，提高抗干扰能力。数据库开放，能适应第三方软件读取数据、远程在线监控通断控制等功能。智能表内部强电部分与弱电部分应有电磁干扰屏蔽隔离措施，确保电能表安全可靠运行。计量芯片采用纯三相电能计量芯片，能按国家标准要求的三相表的平衡校表法及不平衡校表法进行校表。采用防雷电路设计，内部强弱电隔离，具备专门防雷设计，避免雷击对电表及计算机终端的破坏。对电表结构进行优化，电表体积更加小巧，结构更加科学，并采用专用接线端子，便于安装施工。对不同功能需求，无需更换智能表，只需更换内部模块，节省大量费用及施工难度。抄表方式多样，可以采用系统软件、射频卡、无线抄表、红外pos等方式抄表。

［l］陈惠娥，陈长征.智能建筑中的智能抄表系统［J］.工程设计CAD与智能建筑，2002，1（2）：56-59.

［2］张立科.单片机典型模块设计实例导航［M］.人民邮电出版社，2006.

［3］戴佳，戴为恒.51单片机C语言应用程序设计实例精讲［M］.电子工业出版社，2006.