3、智能電表各功能設(shè)計(jì)：

　　3.1、遠(yuǎn)程抄表的實(shí)現(xiàn)：

　　就系統(tǒng)的完整性而言，電力系統(tǒng)從發(fā)電、配電、傳輸和區(qū)域變電所已基本實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理，而唯獨(dú)用戶終端沒有和網(wǎng)絡(luò)連接上，造成了系統(tǒng)的不完整，直接或間接的影響了系統(tǒng)潛能的發(fā)揮，所以我們?cè)O(shè)計(jì)了智能電表遠(yuǎn)程抄表的這一技術(shù)。

　　由采集器定時(shí)順序采集來自多路分線連接的電表信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)，各采集器之間采用總線連接，最后連接至計(jì)算機(jī)。其典型特點(diǎn)是各戶表通過分戶線連接至采集器位置，再由采集器通過無線傳輸發(fā)送給服務(wù)器子系統(tǒng)，這樣可以避免為每個(gè)智能電表都安裝一個(gè)無線射頻模塊，以節(jié)約成本。系統(tǒng)一般分為四層次結(jié)構(gòu)：前端采集子系統(tǒng)、服務(wù)器子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、管理中心子系統(tǒng)。

　　初步設(shè)想是在每棟樓里面安裝一個(gè)采集器，或者在一個(gè)小區(qū)里面安裝幾個(gè)采集器來實(shí)現(xiàn)整個(gè)抄表系統(tǒng)的前端采集子系統(tǒng)，采集器通過CAN總線來實(shí)現(xiàn)與各個(gè)智能電表的連接；然后將數(shù)據(jù)通過無線射頻的方式發(fā)送到街道或者一定范圍內(nèi)安裝的服務(wù)器里；最后服務(wù)器通過通訊子系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到管理中心。管理中心也會(huì)將客戶的信息按照各個(gè)電表的IP地址，發(fā)送回電表，路徑只是上面所說的數(shù)據(jù)采集的逆向，這樣我們就搭建一個(gè)智能電表的基于自動(dòng)計(jì)量基礎(chǔ)架構(gòu)，即AMI架構(gòu)。所謂AMI架構(gòu)就是有IP地址的智能電表和電力公司之間的一種自動(dòng)雙向流通架構(gòu)。

　　3.2、采樣濾波：

　　整個(gè)硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分就是信號(hào)采集，信號(hào)采集是將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的0到3V的交流信號(hào)。這是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)精度的問題，如果采集失真，不僅導(dǎo)致精度下降，還有可能產(chǎn)生嚴(yán)重的錯(cuò)誤。

　　此技術(shù)選用的是利用專用變壓器件互感器直接進(jìn)行變壓，得到所需的交流信號(hào)后，經(jīng)過濾波電路，直接輸出給MCU的A/D接口進(jìn)行采樣。

　　電流通過專用變壓器，將電壓轉(zhuǎn)換成0.5V的電壓Ui；在通過一階低通濾波R1、C1，低通濾波主要是為了濾掉高頻的信號(hào)，電容是可以通過高頻信號(hào)，而阻礙低頻信號(hào)通過，將電容C1接地，便可濾掉高頻信號(hào)；由于濾波后得到的信號(hào)比較弱，所以還要再加入一個(gè)通過電阻R2的Ur，Ur是0-3V的直流信號(hào)，最后將得到一個(gè)0-3V的交流信號(hào)U0。

　　3.3、智能電表硬件設(shè)計(jì)方法：

　　智能電表主要是由電子元器件構(gòu)成，其工作原理是：首先通過對(duì)用戶供電電壓和電流的實(shí)時(shí)采樣，利用集成電路，對(duì)采樣電壓和電流信號(hào)進(jìn)行變壓，通過濾波得到0-3V的模擬信號(hào)，再通過A/D轉(zhuǎn)換器采樣、保持、量化及編碼四個(gè)過程后轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)，在數(shù)字信號(hào)處理單元中通過公式進(jìn)行計(jì)算，得出每秒的電量，進(jìn)行累加，最后將所得到的電量值通過控制單元進(jìn)行處理、控制，把電量值進(jìn)行儲(chǔ)存或輸出。

　　采用一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的16/32位ARM7TDMI的CPU，并帶有嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘頻率下運(yùn)行。

　　為對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過30％，而性能的損失卻很小。A/D轉(zhuǎn)換器需要滿足對(duì)三相工頻交流電進(jìn)行不失真的采樣。多個(gè)串行接口可方便地進(jìn)行接口擴(kuò)展。

　　外設(shè)接口可以外接一個(gè)掌抄器，用于工作人員調(diào)試和維修等等。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、輸出和顯示都需要數(shù)據(jù)的不同結(jié)構(gòu)，所以還需要對(duì)電量數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、輸出結(jié)構(gòu)和顯示結(jié)構(gòu)，這些都是在MCU的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊中進(jìn)行。

　　3.4、智能電表的軟件設(shè)計(jì)方法：

　　智能電表的軟件主要是電量值的計(jì)算部分。我們采用軟件編程來實(shí)現(xiàn)公式計(jì)算的方式計(jì)算電量值，其主要是在數(shù)字信號(hào)處理單元模塊中執(zhí)行。通過A/D轉(zhuǎn)換器中得到的U0、I0 來計(jì)算ARM技術(shù)在智能電表上應(yīng)用的論證與設(shè)計(jì)，但是積分在計(jì)算機(jī)的二進(jìn)制計(jì)算中過于復(fù)雜?？紤]到成本的問題，采用累加的方式代替積分運(yùn)算，累加公式為 。ARM技術(shù)在智能電表上應(yīng)用的論證與設(shè)計(jì)，如果N取值為100000，循環(huán)累加100000次就是一秒中智能電表計(jì)算出來的電量值。

　　總結(jié)：

　　本次設(shè)計(jì)主要是論述了ARM在智能電表中的應(yīng)用，ARM在智能電表應(yīng)用的最主要難題還是成本問題，所以在設(shè)計(jì)中也多次想到了節(jié)約成本的問題，包括在無線傳輸中盡量少使用無線模塊和可以考慮實(shí)現(xiàn)多用戶智能電表。ARM應(yīng)用在智能電表中主要是考慮到智能電表的未來發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)智能電表更多的可擴(kuò)展性和兼容性，未來可以在基于ARM的智能電表里增加更多的實(shí)用功能。