作者：顧波，張紅濤，劉新宇，邱道尹

隨著國家電力系統(tǒng)兩網(wǎng)改造工程的逐漸推進及“一戶一表，供電到戶”政策的貫徹實施，電力用戶數(shù)量急劇膨脹，用電網(wǎng)絡日益龐大，供電企業(yè)的用電管理任務也越來越重，加之國家供電的發(fā)送配分開，更要求供電企業(yè)加大對各大中小電戶的監(jiān)控力度。而傳統(tǒng)的抄收方式主要是依靠人工每月定期上門抄取，這種做法不僅耗費大量的人力物力，工作效率低，給用戶帶來諸多不便，同時發(fā)生電費拖欠現(xiàn)象，造成電力公司的損失。低壓電力線載波遠程抄表系統(tǒng)是利用現(xiàn)有的低壓電力網(wǎng)和公共電話網(wǎng)作為數(shù)據(jù)采集與傳輸通道，不僅從根本上克服了人工抄表帶來的諸多缺點，實現(xiàn)了對用戶用電量的自動抄表及收費管理等多種功能，而且具有施工量小、可靠性高、成本低等優(yōu)點。 但現(xiàn)有低壓電力線載波遠程抄表系統(tǒng)由于各種原因，存在這樣或那樣的弊端，例如負荷情況復雜、噪聲干擾強且具有時變性、信號衰減大、信道容量小等。如何克服這些缺點，是現(xiàn)階段低壓電力線載波遠程抄表系統(tǒng)設計的主要目標。本文所用的基于令牌存儲技術的采集器設計與實現(xiàn)技術，就是為了克服以上缺點的一種方法。

1 采集器硬件設計

1.1 采集器電路設計

采集器的電路設計如圖1所示。采集器是數(shù)據(jù)進行采集、累計、傳輸?shù)牟考湓O計的好壞將直接影響整個抄表系統(tǒng)的正確性。所以，采集器的設計是整個系統(tǒng)設計最為關鍵的一步，在設計采集器時，需做到以下三點：

（1）實時記錄電表脈沖信號，并按要求保存，可根據(jù)脈沖個數(shù)等參數(shù)計算出當前電表度數(shù)。

（2）可實現(xiàn)繼電器控制、狀態(tài)監(jiān)視并可記錄繼電器狀態(tài)。

（3）可讀取電表度數(shù)、電表地址等信息，并可對其進行參數(shù)設置，進行欠費指示、繼電器通斷等控制。

1.2 采集器各部分功能

采集器總體結構如圖2表示，其各部分功能如下：

（1）485通信芯片：主要實現(xiàn)采集器與上位機之間的通信，從而可以從采集器的存儲器中讀取相關數(shù)據(jù)，其具體通信協(xié)議以國家標準為主。

（2）狀態(tài)指示：指示當前電表的工作狀態(tài)，由3只二極管組成，其中一只表示正常工作；另一只表示用戶欠費；第三只表示繼電器動作，切斷用戶電表。

（3）狀態(tài)檢測：在系統(tǒng)掉電或重新啟動時，確保啟動時的狀態(tài)與掉電前的狀態(tài)相符合。

（4）脈沖采樣：完成脈沖的采集與計數(shù)任務。

（5）存儲控制：主要存儲電表的地址、初始值、變比參數(shù)、已有的脈沖個數(shù)、已記錄的電表數(shù)及繼電器在系統(tǒng)掉電前的狀態(tài)。

2 采集器軟件設計

2.1 基于令牌存儲技術的數(shù)據(jù)存儲設計

在進行采集器的設計時，數(shù)據(jù)準確、安全地存儲和傳輸是非常重要的，其結果決定著其他部分的正常工作。但由于采集器工作在現(xiàn)場的最前端，容易受到環(huán)境的影響，如采集器的突然掉電、數(shù)據(jù)在存儲過程中突然受到計數(shù)脈沖中斷的影響等，這些都會導致寫到存儲器中的數(shù)據(jù)不準確。如何克服這些不足，是采集器設計過程中的一個難點。根據(jù)采集器的實際工作環(huán)境，本文提出一種基于令牌儲存技術的數(shù)據(jù)存儲設計方法，該方法能很好地解決數(shù)據(jù)存儲過程中的不準確和不安全現(xiàn)象。

該方法的具體思路為：在存儲區(qū)中開辟三個互不相連的存儲空間，分別定義為ADDR1、ADDR2、ADDR3，每個存儲區(qū)又分為兩部分，第一部分存儲令牌，用tokening表示（用一個整數(shù)表示），第二部分存儲當前電表度數(shù)，用memdata表示。下面詳細說明本算法的思想。

（1）系統(tǒng)初始參數(shù)：當系統(tǒng)第一次使用時，把ADDR1.tokening、ADDR2.tokening和ADDR3.tokening中的數(shù)據(jù)值全部設置為零，把ADDR1.memdata、ADDR2.memdata和ADDR3.memdata中的數(shù)據(jù)設置為0、0.01、0.02（其中0.01代表0.01度電）。

（2）當用電量有0.01度時，需要將這0.01度電加到存儲區(qū)的用電度數(shù)中。首先把ADDR1.tokening、ADDR2.tokening和ADDR3.tokening中的數(shù)據(jù)相加，其和為0時，則把ADDR1.memdata中的數(shù)據(jù)加0.01，同時改變ADDR1.tokening中的數(shù)據(jù)，使其為1。

（3）當用電量第二次到0.01度時，把ADDR1.tokening、ADDR2.tokening和ADDR3.tokening中的數(shù)據(jù)相加，其和為1時，由此可以得到ADDR1.memdata剛被存儲過，把ADDR2.memdata中的數(shù)據(jù)加0.01，改變ADDR2.tokening中的數(shù)據(jù)，使其為2。

（4）當用電量第三次到0.01度時，把ADDR1.tokening、ADDR2.tokening和ADDR3.tokening中的數(shù)據(jù)相加，其和為3時，由此可以判斷ADDR1.memdata和ADDR2.memdata已經(jīng)存儲過，把ADDR3.memdata中的數(shù)據(jù)加0.01，改變ADDR3.tokening中的數(shù)據(jù)，使其為4。

（5）當用電量第四次到0.01度時，把ADDR1.tokening、ADDR2.tokening和ADDR3.tokening中的數(shù)據(jù)相加，其和為7，這時可以判斷ADDR1.memdata、ADDR2.memdata和ADDR3.memdata都已經(jīng)被存儲過了，重新從ADDR1.memdata開始存數(shù)，把ADDR1.memdata中的數(shù)據(jù)加0.01，改變ADDR1.tokening中的數(shù)據(jù)，使其為0。

（6）當用電量第五次到0.01度時，把ADDR1.tokening、ADDR2.tokening和ADDR3.tokening中的數(shù)據(jù)相加，其和為6，這時可以判斷ADDR1.memdata中數(shù)據(jù)剛改變，應該把數(shù)據(jù)存儲到ADDR2.memdata中，把ADDR2.memdata中的數(shù)據(jù)加0.01，并把ADDR2.tokening中的數(shù)據(jù)改為0。

（7）當用電量第六次到0.01度時，把ADDR1.tokening、ADDR2.tokening和ADDR3.tokening中的數(shù)據(jù)相加，其和為4，這時可以判斷ADDR1.memdata和ADDR2.memdata都已經(jīng)被存儲過了，應該把ADDR3.memdata中的數(shù)據(jù)加0.01度，并把ADDR3.tokening中的數(shù)據(jù)改為0。這時的令牌狀態(tài)又重新回到了初始狀態(tài)，并且保證了數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)相差0.01度電，當有新的數(shù)據(jù)到來時，令牌數(shù)據(jù)又重新從初始狀態(tài)開始。

（8）錯誤處理：當系統(tǒng)掉電或被其他干擾影響時，經(jīng)常會出現(xiàn)存儲數(shù)據(jù)不正確的現(xiàn)象，如果使用上述存儲方法，可以克服這些錯誤。每次在更改存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)或向上位機發(fā)送電表度數(shù)時，都會首先把三組存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)和令牌值取出來，然后根據(jù)令牌值，把三組數(shù)據(jù)兩兩相減，根據(jù)數(shù)據(jù)間的差額可以判斷三組存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)是否正確，若正確才進行改變或發(fā)送，否則可以根據(jù)另外兩組數(shù)據(jù)來還原其中一組數(shù)據(jù)，從而保證整個數(shù)據(jù)在系統(tǒng)運行期間的正確性。

2.2 軟件系統(tǒng)設計

軟件設計的任務主要是實現(xiàn)采集器的各部分功能，如圖3所示。包括485芯片通信功能設計、脈沖采集設計、數(shù)據(jù)存儲設計、狀態(tài)檢測設計、系統(tǒng)初始化等部分功能。

基于令牌儲存技術設計思想設計的采集器，極大地提高了采集器的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)的正確性。采用本技術設計的采集器，在河南鄭州、濟源、周口等地市使用，其抄表成功率在99.8%以上，很好地滿足了用戶要求。

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