远程智能电表抄表系统的设计(论文)开题报告.doc

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毕业设计（论文）开题报告

题目：

远程智能电表抄表系统的设计

一、本课题设计（研究）的目的：

随着城乡电网建设的深入进行，我国的传统的电能表工人抄收方式已经不适应电力改革的要求，阻碍了先进管理模式的推行。

加上供电部门所管辖的电表数量的急剧上升，电表的抄收率较低，人工干扰的环节多，不便于进行线损分析，用电稽查等工作的展开。

还有就是以往电表的不精确已引起大多数用户的不满，为了提高更好的供电质量和供电服务，电力部门需要从用户处尽快获取更多的数据信息，如电能需要量、分时电量和负荷曲线等。

智能抄表技术就是在电网技术和管理两方面急待进步、改革的迫切需求下慢慢发展起来的。

同时随着电力通信技术的发展，远程智能电表自动抄表已经成为发展的必然趋势，因而电力部门迫切需要远程智能电表自动抄表系统。

智能抄表集计算机技术、通信技术、用电及计量技术于一体，肯有抄收速度快、计算精度高、抄表同时性好、可直接与营业计算机联网等突出的优点。

采用自动抄表系统可以缓解抄表人员的劳动强度，降低人为因素造成的抄表程度误差，并能迅速地统计低压实时线损，降低用电成本，同时对于加强用电管理，防止国家电力资源的大量流失等都具有积极的意义。

二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：

现状

近年来，智能抄表技术在国内外应运而生，国内外许多国家正在大力发展开发电能智能抄表系统的研制工作。

在国外，如美国等发达国家已把智能抄表系统广泛应用于配电管理之中了。

以色列尤尼克（Unique）技术公司开发了collector集中抄表系统，利用现有的电网和电表，以电力线作为信息传递媒介，建立数据采集通信系统，通过线载波技术将信息远距离传送。

在国内，近几年，随着电子技术与通信技术发展，国内外大批资金的注入，科研工作取得重大突破，为低压电力载波通信技术的成熟创造了条件。

在国外，远程电力抄表系统的研究比国内要早十几年，应用也很广泛，目前已经在向利用电力线载波通信实现家庭自动化的方向上发展了。

在电力线载波通讯方面，已经研究提出了统一的由国际电工委员会采纳作为IEC62056国际标准的电能表通信协议DLMS/COSEM。

这就使远程电力抄表系统的发展更加规范和具有互操作特性，使远程电力抄表系统的发展更加迅速和有了统一的方向。

虽然我国对智能抄表技术的研究起步较晚，但是发展速度很快。

目前，国内生产智能抄表的厂家超过150家。

通过电力工业部电力设备及仪表检测中心检测的厂家接近100家，受理的专利超过165项。

据不完全统计，安装的智能抄表用户超过250万户抄表技术多样公：

总线、载波、红外、工频、超窄带（UNB）。

抄表方式多样化：

单表、多表。

系统功能逐步完善，除抄表外，还具有线损统计、用电考核、远程控制、自动收费并与银行联网等。

文献综述

在国内，远程电力抄表系统的研究，目前处于理论转化为实际应用的关键时期，同时也在积极开展讨论制定我国的《低压载波抄表系统国家标准》的工作。

远程集抄系统在我国已经发展了十几年，但实际应用状况却不如人意，许多已安装自动抄表系统的楼盘由于计量不准确，最后不得不又返回到人工抄表的老路上来，虽然产生这种现象的因素是多方面的，但仔细分析，根据现在的生产原理出现这种情况是必然的。

所以很多人都在研究这项技术。

这里几个较有代表性的远程抄表系统设计，《智能化远程抄表系统的研制》[1]一文中，介绍了一种集传感器技术、仪表检测技术、芯片技术、通信技术和信息管理技术于一体的智能化远程抄表系统。

该系统由脉冲远程电表、采集集中器、程控电话交换网通信线路和抄表主站组成。

基于PSTN公用交换电话网进行数据传输,具有可靠性高、保密性强、成本低廉、操作简单和维护方便的特点。

抄表主站软件具有抄表拨号、接收并存储采集集中器送来的数据信息、用户交费并打印交费清单和数据查询等功能，且具有功能齐全、界面清晰、显示直观和操作方便等优点。

该智能化远程抄表系统与国内同类系统相比，具有如下创新：

①系统为无源抄表系统，不采用220V交流电源供电，既避免了交流电源干扰，又无需庞大的整流设备、充电电路和价格昂贵的充电电池，使系统结构简单，成本低廉。

②采集集中器中采用专用通信芯片CMX868进行数据通信，该芯片具有功耗低、数据传输可靠、结构紧凑和接入现有PSTN公用交换电话网方便等优点。

而在《构建新一代电能量计量系统主站平台》[2]文中，对电力系统远程抄表的软件设计做了较好的探讨。

提出了构建新一代电能量计量系统主站所需要的平台，并对平台的选择和搭建进行了描述。

电能量计量系统（TMR）是应用先进的计算机网络通信和控制技术，采用分层、分布、开放型结构，实现对电网电能量的远程自动采集、电能量数据处理及电能量统计分析为一体的综合自动化系统，并通过支持系统实现与其他系统的互联，为电力企业的商业化运营提供科学的决策依据。

它由主站系统和厂站系统组成，主站系统由前置机、数据库服务器、电量应用服务器、网络设备、GPS时钟接收设备等组成。

基于电力载波通讯的智能抄表系统：

就目前电表数据采集中存在的种种弊端，提出智能抄表系统利用电力载波通讯模块KQ-100E尽心集中抄表：

由主站通过电力线载波通讯道将多个电能表点能量的记录值的信息进行集中抄读的系统。

系统主要是由载波电表，集中器，信道和上位机等设备组成。

实践证明，装有载波收发模块的智能抄表系统拥有采集数据快，通讯成功率高，抗雷击性能好等特点，这种智能表将实现真正意义上的“本地网”，统一计费，统一营收”，做到整个社会范围内的能源管理自动[3]。

由CAN/RE-485组成的双层网络结构实现用户计量仪表数据远程传输的网络结构设计，给出了协议转换网桥的硬件设计和软件流程。

实践测试表明，所设计的系统成本较低，可靠性高，扩展性能好，抗干扰能力强，达到了设计要求[4]。

在远程智能电表抄表设计中，作为电力抄表等非实时系统的主要通道，GPRS技术能满足电力系统远动通信对速度、质量和可靠性等的要求,可以作为远动通信的备用通道,也可以作为电力抄表等非实时系统的主要通道.文中分析了GPRS技术的特点和电力通信网对通道的要求,从技术角度和经济角度对GPRS技术应用于电力通信的可行性进行分析,并给出两种典型应用结构[5].《单片机典型模块设计实例导航》[6]中详细说明了以单片机的功能为模块，以外围器件、相关电路设计的实际应用内容，以实例问答的方式向读者介绍了如何将单片机硬件、程序和外围器件的选择合理地实施到项目开发中。

《关于低压用户集中抄表系统综述》[7]中，归纳了低压用户集中抄表系统的基本结构，简要分析由专线、无线电、电力线载波等信道构成的集中抄表系统的发展过程和特点。

根据目前试用情况，提出低压电力集中抄表系统推广应用中有待解决的系统规划设计、传输规约和配电网络资源管理等问题。

在《三线一表远端抄表系统的研制》[8]介绍一种三表一线远端抄表系统,该系统可以通过一根电话线远端抄取用户的电表读数、水表读数和煤气表读数。

本文介绍了该系统的构成原理,并着重介绍了通信系统的组成。

《自动抄表系统原理与应用》[9]一书中，对远程自动秒表系统的设备工作原理与系统的构成，低压电力载波自动秒表系统，自动抄表系统的智能表，智能自动抄表硬件系统，远程抄表监控系统软件，典型远程自动抄表系统的应用实例等都作了介绍。

半导体技术提供了一种低成本，可靠和低功耗的方法来完成远程自动抄表[10].

而在远程智能电表抄表设计中要考虑本电信传输介质的质量，由失败的单传输的概率表示，对自动抄表系统的容量的影响。

失败的消息传输导致重传的必要性，可能出现的多次重传[11]。

综上特点，直读远传表将成为未来的主流表具，但是不管采用何种方式，表具必须具备直接输出数据的功能，系统采用总线制结构将成为主流。

在我国，目前在城镇居民小区，已经建成了为数不少的集抄系统，相关的研究工作也在同步进行之中。

而目前农村远程电力抄表系统的实现还没有广泛得到应用，还有待进一步探索的。

总之，目前国内外关于远程抄表的研究已经发展到了一个相对成熟的阶段，特别是电力电量的远程智能抄表，已经进入实用应用开发阶段，无论是基于电力线载波的抄表系统，还是基于GPRS无线网络的远程抄表系统，都已有了较为成熟的理论基础和实践经验，为我们的进一步研究提供了有力的保证。

三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：

设计的重点与难点

本课题针对目前居民小区能耗计量实际现状，以及能耗计量的数据远传和网等问题而设计的电表联网远程抄表系统。

该系统主要运用廉价的单片机作为CPU分站。

对用户的电量等能耗信息进行采集。

系统采用分布式结构，与上位微机一起构成典型的分布工测控系统.

针对目前电表联网远程抄表系统发展的现状和存在的问题，结合本课题的设计任务和技术要求，本文主要解决以下几个方面的问题：

1.完成远程抄表系统的硬件设计，达到如下功能或性能：

（1）能耗抄取：

数据采集器正确采集电量信息，存储在采集器中；自动定时地对电表进行抄表，将抄得的数据存储在集中器中；能通过抄表器抄取集中器中的能耗数据；集中器自动定时地对采集器进行抄表，将抄表的数据存储在集中器中；上位机可以远程获取用户的各类能耗信息。

（2）参数设置：

上位机可对集中器、采集器的参数进行设定，可对用户的电量进行设置，并可以根据电表信息对采集器进行设定。

2.完成各部件和上位微机的软件设计：

（1）对采集器和集中器中各硬件进行程设计，包括系统主流程及各子程序的编写；各个硬件的驱动及初始化。

（2）上位机的软件设计：

采用客户机/服务器的客户服务形式对上位机进行软件编程。

拟采用的研究方法 

首先分析研究课题，理清思路，并且对每个模块进行分块研究。

接下来，细致的研究芯片，对于芯片来说，可以阅读数据手册快速了解芯片，然后根据模块要求画出硬件电路图，然后通过单片机编程，写程序，验证看是否正确。

同时也可以通过在线仿真，对各个变量以及寄存器的数值来调试。

最后根据实际情况，模拟仿真。

四、设计（研究）进度计划：

1.查找和搜集文献和资料，阅读和消化文献第4周

2提出论文创新点，方案论证确定设计方案第5—6周

3.列出毕业设计的思路和提纲第7周

4.按照提纲进行设计，解决出现的问题第8—11周

5.撰写论文，完成程序编制工作第12—14周

6.检查修改文档，调试程序，打印论文第15—17周

五、参考文献：

[1]李川.智能化远程抄表系统的研制[J].武汉理工大学学报:

信息与管理工程版,2009,30（6）:

902-904.

[2]李晋,严小文,闵涛.构建新一代电能量计量系统主站平台[J].电力设备,2004,5（8）:

51-53..

[3]邵光,侯加林,吴文峰.基于ZigBee自动抄表的无磁热量表的设计与实现[J][J].电子测量与仪器学报,2009,23（8）:

95-98.

[4]王晓兰，赵忠彪，刘伟平，基于CAN/RE-485双层网络的远程系统抄表设计，微计算机信息，2006（17）.

[5]崔秀玉,王志勇.GPRS技术在电力系统通信中的应用[J].电力系统通信,2004（8）.[6]张立科.单片机典型模块设计实例导航[J].[M],人民邮电出版社,2004.

[7]钟炬.低压用户集中抄表系统综述[J].电力系统自动化,1999,23（17）:

42-44.

[8]舒洪,朱敏.三线一表远端抄表系统的研制[J].南昌大学学报:

理科版,2000,24

（2）:

180-183.

[9]栗玉霞,徐建政,刘爱兵.GPRS技术在自动抄表系统中的应用[J].电力自动化设备,2004,23（12）:

52-54.

[10]Cricchi.AutomaticmeterreadingwithMNOSmemory.[M].Solid-StateCircuitsConference.DigestofTechnicalPapers.1972IEEEInternational,1972

[11]Satanic.D.Influenceofthetransmissionmediumqualityontheautomaticmeterreadingsystemcapacity[J].IEEETrans.onPowerDelivery,2003,18（3）:

725~728

指导教师意见

签名：

月日

教研室（学术小组）意见

教研室主任（学术小组长）（签章）：

月月日

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