基于无线网的区域电量计量系统的设计

基于无线网的区域电量计量系统的设计

刘柯何 ,许环涛,徐佳隆,邓晖,吴志文

海南电网公司临高供电局  海南省临高县  571800

摘要:数据定义是实现一体化分布式电量计量系统的关键，如何进行数据命名，才能使全网的数据具有唯一的关键字;数据如何分类，才能使全网的数据位置透明(用户并不知道数据的实际位置)，这样，从程序员的观点来看，系统与使用集中式系统基本一样;数据怎样的存储方式，既能控制由另一个地点上对其数据的访问，也能在不受任何其他地点限制的条件下处理自己的数据。本文以STC89C52单片机为控制核心，设计ADE7755单相表计量芯片与NＲF24L01无线模块相结合的区域电量计量系统。系统分为总机、主机和从机，总机和主机通过GPＲS实现远程无线通信。主机和从机通过控制器STC89C52控制NＲF24L01无线模块进行多频道通信，实现多点电量监测功能。在主机上进行数据实时显示、按键查询与及时报警等功能。本系统以低功耗、高性价比的设计方案解决了传统的有线布局烦琐、数据传输不可靠的问题，具有较高的应用价值。

关键词:单片机;ADE7755;NＲF24L01;GPＲS;电量计量

目前，我们应用的电量计量系统都是专门针对某级调度部门应用而设计的，对于某个省市一般都有多个电量计量系统，各系统自成体系，相对独立。系统间信息共享和交换都是通过进程间通信实现。这种“各自为政”的系统建设方式，是基于当时的计算机技术和网络技术水平，这种方式解决了某个或某些电压等级的电能量抄表问题，解决了某个电压等级的损耗计算问题，已经给电网管理带来了很大的技术进步。随着电量计量系统的不断应用，我们对电量计量系统的要求也就越来越高，最好有一种系统，能够实现全网的供售电统计，实现全网的损耗分析。由于电量作为累加量，数据量相当大，对计算机硬件和数据库的要求都很高，以前的一个独立的电量计量系统，存储3年数据的数据库的访问效率已经很低。随着计算机技术和网络技术的发展，数据库技术也随之发展，紧密结合网络技术的分布式数据库系统应运而生，而且分布式数据库系统已经成为信息处理学科的重要领域。分布式数据库系统是由若干个站集合而成。这些站又称为节点，它们在通讯网络中联接在一起，每个节点都是一个独立的数据库系统，它们都拥有各自的数据库、中央处理机、终端，以及各自的局部数据库管理系统。因此分布式数据库系统可以看作是一系列集中式数据库系统的联合。它们在逻辑上属于同一系统，但在物理结构上是分布式的。我们从分布式数据库系统的定义不难看出，分布式数据库系统不仅能够高效率地处理大量的信息，而且可以保障单点数据应用的可靠性。这一特点正是我们对全网电量计量系统设计的要求，调度数据专网的建成，是一体化分布式电量计量系统的支撑平台。

1系统方案设计

本论文设计基于STC89C52单片机为主控芯片，把ADE7755单相表计量芯片与NＲF24L01无线模块相结合的区域电量计量系统。整个系统设计1个总机端、1个主机端、若干个从机端(即监控点)。

从机端以ADE7755单相表计量芯片电路采集电能、功率等数据信息，通过NＲF24L01无线通信传输模块，在STC89C52的参与下，从机端将相关数据传输给主机，主机将接收到的各监控点的数据信息实时显示在液晶显示屏上，从而实现多点电量监测功能。也可通过按键查询功能查询从机各监控点的相关电量情况。报警功能则通过从机端检测得来的数据进行分析与判断，如有异常或突发情况，系统将自动执行声光报警信号。

主机与从机系统的结构框图如图1所示。同时，主机系统中设有GPＲS无线传输模块，将从机发送的数据定时发送至总机。总机可以通过液晶显示器显示主机发送过来的数据，同时也具有报警等功能，也可以通过按键来查询数据接收记录。总机与主机系统结构框图如图2所示。

图1主机与从机系统结构框图

2系统软件设计

系统通过引入不同的模块化方式对软件进行设计和管理，从而优化系统资源的分配，能够较便捷地进行软件调试。系统程序设计包括从机程序设计、主机程序设计和总机程序设计。程序编译过程中，上位机修改信道与下位机通信、主机向从机下发数据指令、主机向总机定时发送数据信息这3个步骤，是保证整个系统平稳运行的关键。

图2总机与主机系统结构框图

假设主机完成对5个测量点用电量数据的无线接收与处理的任务。主机设置为信道20，然后与下位机1进行数据互换，向下位机1下发数据代码。从机1接收到代码后，发送电量数据信息给上位机。上位机回答下位机1接收到数据并进行处理，判断电量是否超过设定的上界，如超过则声光提醒，然后以相同流程，对从机使用电量数据信息的进行无线传输与处理。3结论基于无线网的区域电量计量系统具有实时性、准确性、互联性、平稳性、耗费低、功能完善等特点:(1)系统简便。特别是基于NＲF24L0l的传输方案，是采用一颗集成内核再加外围元件来完成信号的发送与接收，实现了控制的简易与方便。(2)功能实用齐全。为了尽量满足实际应用，系统功能包括了精准的电量计量等相关数据信息的采集，主机与从机监控点的无线通信，按键查询具体用电情况，主机定时向总机发送数据，液晶实时显示各监控点用电量，系统出现异常或突发情况报警。同时，可以通过主机对多个从机监测点进行管理，实时查看各监测点的情况。(3)灵活性。系统中，所有数据均可在总机和主机上显示，同时可以对挂载的从机数量进行设置，增加或减少监测点时，可通过总机或主机进行设置，这样设计增加了系统使用中的灵活性，可广泛应用于多种场所。参考文献:［1］黄红桥，等．电能计量装置故障后追补电量的计算方法［J］．中国计量，2017，(5):118－120．［2］任伟，等．双向计量分布式电源电量存在问题分析及解决方案［J］．陕西电力，2017，45(4):80－83，87．［3］卢名荣．智能电量均分器改进及其优化［J］．建材与装饰，2017，(12):206．