（毕业论文 字数：17845 页数：37）摘 要：伴随着电力市场管理的发展要求和现代电子技术、通讯技术、计算机网络技术的飞快进展,电能表自动抄表系统的技术研究,现已日已引起电力管理部门和电能计量及相关行业的关注和投入。
目前，国内外民用低压电力线载波通信系统仍然存在许多问题。如现有的抄表系统在使用中抄表率均未能达到100%和准时的要求。本文旨在利用低压电力供电网络低成本高可靠的特性，研究出一种适合我国的低压电力线载波抄表集中器。
本文提出了一种基于FSK的低压电力线载波抄表集中器，即电力线通信芯片ST7536 在低压电力线通信上的应用。从系统的通信效果来看，该集中器有较高的抗干扰，抗信号衰减的能力，系统可达到较远的传输距离，同时由于通信系统的关键部件ST7536（FSK电力线调制解调器）是根据国内低压电力线特性而专门设计的，性价比高，这些都有利于系统在做进一步的完善后在国内自动抄表行业内的推广。

关键词： 自动抄表系统, 低压电力线载波通信,FSK通信,ST7536

Hardware Design of Meter Reading Collector Base on Power Line Carrier Communication

Abstract ：With the request of the power market and the fast development of modern electronic, communication technology, computer networks , the research of Auto Meter Reading system has attract the attention of the power apartment and the power industry.
At present, the low power line carrier communication system of the domestic and foreign civil still has many problems. Such as the Meter Reading systems in the use all are not can achieve 100% and the punctual request. This article is for the purpose of using the low power line power supply network low cost, high reliable characteristic, studies one kind low power line carrier communication: Meter Reading collector, which suits our country’s low power line characteristic.
This article proposed power line carrier communication collector, which bases on the FSK communication, namely the application of FSK communication chip ST7536 in the low voltage power line. In order to cause the system to communicate under a more real environment, Consider the system communication effect, this collector has a higher antijamming, the anti- signal weakens ability, the system can achieve a farther transmitting range, simultaneously because the communications system essential part ST7536 (FSK Power Line Modem) is specially designed according to the domestic low power line characteristic, the performance price is high, these are all advantageous to the system’s promotion.

Keywords: Automatic Meter Reading System; Low-Voltage Power Line Carrier Communication; ST7536

目录

摘 要 I
Abstract II
第一章 绪 论 1
1.1选题背景 1
1.2发展现状 1
1.2.1 国外发展现状 2
1.2.2 国内应用现状 3
1.3 集中器发展现状 4
第二章 载波通信原理与FSK技术 5
2.1 变频原理 5
2.1.1 非线性元件的变频作用 5
2.1.2 变频原理 6
2.2 二进制频移键控（2FSK） 7
2.3 频移键控的特点 7
第三章 电力线信道特性分析 9
3.1 低压电力线的阻抗特性 9
3.2 低压电力线传输（衰减）特性分析： 10
3.3 低压电力线上存在的干扰： 10
第四章 系统设计 12
4.1 系统的构成与原理 12
4.1.1 系统的构成： 12
4.1.2 主站控制层 12
4.1.3 数据集抄层 13
4.1.4 数据采集层 13
4.1.5 系统的特点 13
4.2 小结 13
第五章 集 中 器 设 计 14
5.1 设计目标： 14
5.2 设计框图 14
5.3 集中器硬件结构 15
5.3.1 采集板 15
5.3.2 控制板 24
5.4 系统的特点 31
5.4.1 软件设计： 31
5.5 结论 32
致 谢 33
参 考 文 献 34

第一章 绪 论
1.1选题背景
随着电力市场的发展,电力营销正逐步走向以提高服务质量,提高经济效益为目标的发展道路。“一户一表、抄表到户”等用电政策的逐步深入,手工抄表所带来的工作量大、人工干预环节多,“错抄、漏抄、估抄”等严重情况日益增加,严重影响供电部门的经济和社会效益,所以“要大力推行一户一表,集中抄表,服务到户,收费与银行联网”等要求。居民用户用电量实现自动抄收,收费实现自动划拨,不仅能够方便广大用户,提高供电企业的服务质量,树立电力企业良好形象,而且能够提高供电企业管理的科技含量,实现企业减人增效,降低用电成本都具有积极的意义。而一个好的抄表集中器，在整个集抄系统中，起着至关重要的作用。可以预见，如果集中器级设计的好，整个集抄系统的效率也会有较大提高。
自动抄表系统集计算机技术、通讯技术、用电及电能计量技术于一体,具有抄收速度快、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误差,并能迅速地统计低压实时线损。因此可以说,自动抄表系统是提高电力营业管理自动化水平的一项重要技术手段。
国内低压居民用户自动抄表技术和产品已基本达到了实用化水平,并形成了多种自动抄表方式并存的格局。主站系统结构已从单机、双机系统发展到网络式的主站系统结构,操作系统已从DOS发展到WINDOWS95/98/NT,系统功能上也从单纯的抄表功能发展到具有实时线损统计、用电考核、远程控制、计费及银行联网等功能。上行通信信道也从单一的电话拨号方式发展到多种通讯方式(电话、无线电、专线等)混合应用的局面。下行通信信道也从485总线方式发展到载波方式,终端采集和传输产品也呈现了多样化的局面,产品包括总线采集器/集中器、载波采集器/集中器、单表载波模块、单表集中器、智能电表等多种类型。电力企业的快速发展及两网改造工作的全面深入,带动了自动抄表行业的发展,据不完全统计,全国从事自动抄表系统生产和研制的单位已有100多家,国家知识产权局受理的自动抄表系统的专利也有165项(截止2004年12月)。当前,电力企业和自动抄表系统生产企业对于采用何种方式组成居民用户用电量的自动抄收系统意见,对此,本文将从自动抄表系统的传输技术出发,结合自动抄表系统的技术发展现状,提出自动抄表系统应用模式的初步探讨。
1.2发展现状
自动抄表AMR(Automatic Meter Reading)是指采用通讯和计算机网络等技术自动读取和处理表计数据，是网络和计算机技术迅速发展的必然结果。公用公司为商业收费而进行的抄表工作可以追溯到100多年以前。当时的方法是抄表员走家串户，读取用户表计的数据，并记录在抄表记录本上，由此生成用户缴费所需的帐单。当抄表系统采用通信、网络和计算机
技术后，使得抄表系统实现手持终端抄表，车载无线电抄表以及全自动抄表(AMR)。采用自动抄表技术不仅能节约人力资源，更重要的是可提高抄表的准确性，减少因估计或誊写而造成账单出错，使管理部门能及时获得准确数据信息。随着现代电子技术的发展，通讯技术和计算机网络技术都有了飞速的进步，而二者结合又进一步演化出许多新的通讯方式和系统，
为自动抄表系统的实现提供了更多的可能。
随着全球范围内电力经营市场化的发展，公用企业自动抄表(AMR)技术的应用愈加广泛，自动抄表技术成为新的产业部门。国外已有不少厂商辽宁工程技术大学硕士学位论文2已生产出AMR系列产品，而且对AMR的研究也越来越深入。美国于1986年就建立了自动抄表技术协会(Automatic Meter Reading Association)每一年半左右开一次国际性年会，近年来欧洲自动抄表技术协会(EUROAMRA)和英国自动抄表技术协会(UKAMRA)又应运而生，电力技术期刊甚至互联网上也经常有相关的研究论文发表。
综上所述, 电力线载波集中抄表系统由于其自身的特点而受到广泛的重视。已入网试运行的低压电力用户集中抄表系统产品中80%为电力线载波方式。
因此，本文利用这一优势，适时开发基于电力线载波的抄表集中器，是适应国际环境与市场需求的。
1.2.1 国外发展现状
1、国外自动抄表技术应用已比较成熟：
根据文献报道美国匹兹堡市的 Duquesne 电灯公司于 1998 年已实现在其供电的 800km2 区域内 56 万个电能表上安装自动抄表系统，其中 8 万单元（每个自动抄表单元是指安装于每个电能表的自动抄表装置，通常每个表装一个 AMR 单元）为移动无线电方式, 44 万单元为固定无线电方式, 其余大用户单元用电话线方式采集数据。
对西雅图和奥林匹亚供电的 PSE 公司约有 150 万个电能表，1999 年已经完成 83 万单元自动抄表装置的安装，其方式是在半径 0.4—0.55km 的居民小区内约每 2 千个电能表上的固定无线电单元传向设置在电杆上的集数器，再经 928952MHz 的 19 个 2.5kHz 窄带无线电中继传向 4.8km 外的控制中心,此外郊区和农村有 60 万只电能表上安装了自动抄表装置。
根据 AMRA1999 年的 Scott 报告，美国已安装和投入使用超过 100 万单元自动抄表系统的电力公司有 AmereUE 公司(120 万单元固定无线电方式) 、PrePa 公司(130 万单元配电线载波 PLC 方式)、New Century Energies公司(157 万单元车载及固定无线电方式)等。问卷调查还表明自动抄表系统在北美电力公司中 45%已安装 16%在试点 23%已列入计划。
欧盟各国都有自动抄表实施的报告。例如，英国 1998 年已经实现对约9 万户大于 100W/h 用电负荷用户的每 0.5h 电量数据采集；比利时In-tertectra 公司在 1997 年就已用 Siemens 的 SEMMS 系统对用户自动抄表；此外，拉美和日本也有自动抄表应用的报导。