一種基于雙模芯片的數(shù)據(jù)采集器的實現(xiàn)

盧彥

摘 要 隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)進入穩(wěn)定期，智能化抄表設(shè)備已經(jīng)得到了廣泛的使用，由于國內(nèi)居民用電網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量復雜多變，隨之而來的現(xiàn)場的抄表問題也逐漸暴露出來，本來調(diào)試好的設(shè)備，可能會因為環(huán)境的變化而導致通信不成功，因此，帶來了繁重的現(xiàn)場運維工作，浪費了人力，物力和財力。2016年，國家電網(wǎng)公司對用電信息采集系統(tǒng)的建設(shè)提出更高的要求，以提高智能化為前提，還要擁有更安全可靠的傳輸信道，進而獲得更高的抄表成功率。本文介紹一種基于雙模芯片的數(shù)據(jù)采集器，具有系統(tǒng)工作穩(wěn)定，抄收成功率高，低功耗，易于擴展等優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞 雙模；智能；采集

中圖分類號 TM7 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）160-0066-02

在用電信息采集領(lǐng)域，目前的集中抄表方式是數(shù)據(jù)采集器通過RS485抄讀電能表的數(shù)據(jù)，通過電力線載波或者無線模式（470MHz）上傳至集中器，進而通過無線公網(wǎng)（GPRS，CDMA）或者以太網(wǎng)上傳至主站，但是問題往往出現(xiàn)在采集器上傳至集中器的環(huán)節(jié)，電力線載波比較容易收到電網(wǎng)噪聲的干擾，而無線模式（470MHz）往往容易受到同頻干擾或者建筑物的阻隔，因此造成抄收率較低，當出現(xiàn)上述問題時，往往需要工程技術(shù)人員去現(xiàn)場解決，這就增加了運維成本，雙模采集器的出現(xiàn)較好的解決了這些問題。

1 系統(tǒng)簡介

在整個抄表系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集器起到承上啟下的作用，它通過有線方式（一般為RS485），抄讀單相或者三相電能表的電能量，事件等數(shù)據(jù)，通過電力線載波或者無線的方式上傳至集中器，進而再上傳至用電信息采集系統(tǒng)的服務(wù)器，雙模通信將兩種方式集成與一顆芯片之中，默認電力線載波為第一通信方式，當多次抄讀無法成功時（根據(jù)實際的通信機制），可自動切換至無線通信模式，這種互為補充的通信方式大大提高了抄收成功率，減少了運維工作量。

2 硬件功能

數(shù)據(jù)采集器硬件主要由以下幾個部分組成：核心處理器、系統(tǒng)電源、數(shù)據(jù)安全存儲、通信設(shè)計。

2.1 核心處理器

采集器的處理器采用ST旗下的一款增強型系列微控制器STM32F103R8T6，它是一款基于Cortex-M3的32位工業(yè)級微控制器，包含64K程序存儲空間和20K內(nèi)存空間，主頻高達72MHz此外它還集成了豐富的片上外設(shè)CAN總線，SPI總線，IIC總線，UART，USB等，為數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計提供了更好的支撐和靈活性。

2.2 系統(tǒng)電源

電源是整個設(shè)備供電，是重要的環(huán)節(jié)，它的優(yōu)劣直接決定了設(shè)備的質(zhì)量，鑒于穩(wěn)定性和經(jīng)濟性的綜合考量，我們使用了線性變壓器+開關(guān)電源的模式，線性變壓器穩(wěn)定性好，噪聲小，價格低。經(jīng)過變壓器整流濾波后的電壓，經(jīng)過DC-DC變換為5V，供給主電路和雙模通信使用，在DC-DC電路中使用了一顆TI公司生產(chǎn)的LM2842，它具有寬達4.5V～42V的輸入電壓范圍，和高達600mA的負載電流能力，可以確保整個數(shù)據(jù)采集器的可靠運行。

2.3 數(shù)據(jù)安全存儲

數(shù)據(jù)采集器的存儲充分考慮了數(shù)據(jù)安全，使用了一顆大容量的EEPROM用于存儲電能和設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)如設(shè)備地址，資產(chǎn)編號等的存儲，EEPROM的擦寫次數(shù)不低于100萬次，保存不低于10年。除此以外，為了確保設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)可靠性，還專門使用一顆富士通的鐵電用于存儲設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)，相比EEPROM，鐵電存儲器的介質(zhì)更穩(wěn)定，而且它的讀寫無次數(shù)限制。

2.4 通信設(shè)計

采用半雙工的RS485通信電路，使用了一顆ADI公司的電平轉(zhuǎn)換芯片，具有出色的工業(yè)級性能，在實際的實驗驗證中，ESD輕松通過+15kV測試，接口部分的熱敏+壓敏的組合保護電路對浪涌電壓和電流具有非常好的吸收效果，確保抄表功能長時間工作的穩(wěn)定可靠。雙模通信采用深圳力合微電子的雙模芯片LME2981，該芯片內(nèi)嵌一個高性能的32位DSP和一個單指令周期的8位處理器，同時，支持窄帶OFDM載波通信和微功率無線通信，充分發(fā)揮兩種通信技術(shù)的優(yōu)點，互相彌補其缺點，實現(xiàn)雙模同時通信，完美解決了通信可靠問題，目前已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于抄表，智能家居控制，路燈控制等場合。

3 軟件功能

隨著嵌入式軟件開發(fā)編譯環(huán)境的不斷優(yōu)化，程序的編譯效率已經(jīng)非常高，再加上單片機的存儲空間不斷增加，存儲的瓶頸也被打破，使用兼具可讀性和可移植性特點的C語言，成為眾多嵌入式軟件開發(fā)人員的首選，本數(shù)據(jù)采集器也采用C語言進行開發(fā)，縮短了開發(fā)周期。圖2為程序流程圖。

1）硬件初始化

單片機上電復位后，根據(jù)每個引腳的實際的功能對各功能端口和相應(yīng)的功能寄存器初始化，即寫寄存器。

2）系統(tǒng)自檢

對設(shè)備自身功能進行自檢，包括存儲功能是否異常，時鐘是否故障，電池是否欠壓等，系統(tǒng)自檢確認沒有問題后才能啟動其他任務(wù)，若有異常，進入重啟環(huán)節(jié)，程序從開始執(zhí)行。

3）抄表存儲

根據(jù)主站下發(fā)的抄表任務(wù)，抄表參數(shù)，對電能表進行抄讀，并同時將抄讀的數(shù)據(jù)進行本地存儲，一般采集器可以存儲近62日的電能數(shù)據(jù)。

4）數(shù)據(jù)上傳

通過電力線載波通道將抄讀數(shù)據(jù)上傳至集中器，如果此時載波通信正常，數(shù)據(jù)成功上傳至集中器，則結(jié)束當前任務(wù)，進入下一個輪詢；如果載波方式上傳失敗，則啟用無線方式進行上傳，成功后進入下一輪詢。

4 結(jié)論

通過對使用雙模通信方式的數(shù)據(jù)采集器進行測試和實際的掛網(wǎng)運行，抄收成功率很高，同時雙模通信方式具有很好的拓展性，無線通信方式可以作為未來四表集抄中對水表抄收。

參考文獻

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