摘 要：簡單介紹了遠(yuǎn)程抄表機監(jiān)控系統(tǒng)和智能電度表的結(jié)構(gòu)和基本原理。
采用中央計算機對智能電度表進行遠(yuǎn)程監(jiān)控——即對用戶進行遠(yuǎn)程供電、停電、抄表、計費等工作，既準(zhǔn)確、可靠、安全，又具有節(jié)省人力等優(yōu)點。目前很多國家和地區(qū)正在開展這項課題的研究，一些地區(qū)已取得初步經(jīng)驗和效果。
圖1是遠(yuǎn)程抄表機監(jiān)控系統(tǒng)的原理框圖。它主要由以計算機為核心的系統(tǒng)管理中心、路由器和智能電度表共同組成。
中央計算機：選用可編程、運算速度快、具有大容量硬盤、顯示器、鍵盤和打印機的計算機系統(tǒng)，并且事先編制了可供操作人員執(zhí)行的、具有尋址、讀數(shù)、計費、制表、仃電自保等功能的“專用軟件”。
路由器：由圖1知：路由器是中央計算機和智能電度表的“橋梁”。它是本系統(tǒng)一個專用的設(shè)備，類似“MODEN”，擔(dān)負(fù)著“通訊”的任務(wù)。在本系統(tǒng)中共設(shè)置了3種路由器：主路由器、并路由器和從路由器。它們的原理、結(jié)構(gòu)和功能基本上是相同的。圖1左下角的虛框所示是從路由器的原理框圖。與從路由器不同的是：主路由器、并路由器內(nèi)的擴展口CD4067控制的繼電器的“閘刀開關(guān)”則直接連接至下一級路由器。這樣擴展口CD4067控制繼電器“得電”工作時，主路由器則接通與繼電器同一編碼的并路由器，而并路由器則接通與繼電器同一編碼的從路由器。即系統(tǒng)連接時，都是按照圖1所示連接它們的。這樣，一個系統(tǒng)管理中心管理著16個(編號為0～15)主路由器;每個主路由器下接16個(編號為0～15)并路由器;每個并路由器又下接16個(編號為0～15)從路由器;每個從路由器下接16個(編號為0～15)智能電度表。如此，每一個主路由器為一分支。每一分支共用了263個路由器，可檢測65536戶智能電度表(用戶)。16個主路由器分支，即一個遠(yuǎn)程抄表機系統(tǒng)用了4208個路由器，可檢測1048576戶智能電度表(用戶)。正因為它們在系統(tǒng)中的連接方式不同，所以，它們執(zhí)行具體的程序流程也不是完全相同的。
地址分配：操作人員在給用戶“建帳”時，為了既便于記憶、又方便從鍵盤上輸入計算機，用戶代碼采用了十六進制代碼。用戶代碼輸入計算機后，再將它們轉(zhuǎn)換為4字節(jié)ASCII代碼，然后再轉(zhuǎn)換為四字節(jié)二進制代碼，并存放在遠(yuǎn)程抄表機系統(tǒng)中計算機大容量的硬盤存貯器內(nèi)。這個“代碼”既是用戶的“帳號”， 也是計算機尋訪用戶、讀取用戶用電數(shù)據(jù)的“地址”。而各路由器的地址代碼，則根據(jù)為用戶建帳時的設(shè)定值，在現(xiàn)場使用撥碼開關(guān)作相同的設(shè)定，以便遠(yuǎn)程抄表機系統(tǒng)對各路由器尋址。
這樣，遠(yuǎn)程抄表機系統(tǒng)的基本工作原理可簡述如下：
尋址：在需要對用戶進行抄表時，遠(yuǎn)程抄表機系統(tǒng)計算機先向系統(tǒng)內(nèi)各路由器發(fā)出尋址代碼命令。尋址代碼能有效地尋訪各級路由器。
尋址程序流程圖如圖2所示，它是由中央計算機、主路由器、并路由器、從路由器依次、分別執(zhí)行的。
讀數(shù)(抄表)：抄表時， 系統(tǒng)采用了下級設(shè)備向上級設(shè)備申請中斷方式，由上級設(shè)備讀取下級設(shè)備數(shù)據(jù)的技術(shù)來實現(xiàn)的。當(dāng)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)計算機向系統(tǒng)內(nèi)各路由器發(fā)出抄表命令后，抄表命令經(jīng)第3分支主路由器、第10號并路由器，到達(dá)第15號從路由器后，在第15號從路由器內(nèi)的單片機控制CM4089將抄表命令發(fā)送信號給第9號智能電度表。于是該電度表的單片機便向上級從路由器的單片機申請中斷，由從路由器單片機執(zhí)行中斷服務(wù)程序，讀取電度表存放在AT89C51片內(nèi)數(shù)據(jù)存貯區(qū)內(nèi)或EEPROM中的電度數(shù)值，并將它存貯到從路由器中AT89C51片內(nèi)數(shù)據(jù)存貯區(qū)內(nèi);當(dāng)從路由器單片機執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后，它再向上級的并路由器的單片機申請中斷，于是上級并路由器的單片機執(zhí)行中斷服務(wù)程序，讀取存放在下級從路由器中AT89C51片內(nèi)數(shù)據(jù)存貯區(qū)內(nèi)的電度數(shù)值，并將它存貯到并路由器中AT89C51片內(nèi)數(shù)據(jù)存貯區(qū)內(nèi)……。這樣，存放在被尋址選中的電度表中的AT89C51片內(nèi)數(shù)據(jù)存貯區(qū)內(nèi)或EEPROM中的電度數(shù)值，便被逐級向上傳送，最后存入中央計算機指定的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，再寫入操作人員在建帳時給用戶指定帳號的數(shù)據(jù)區(qū)中。一般每個用戶帳號保存著當(dāng)月之前12個月的用電數(shù)據(jù)，以便操作人員計費、制表時調(diào)用和用戶查詢。
智能電度表是由電能計量器、光電隔離器、數(shù)據(jù)接收、發(fā)送器、EEPROM存貯器、時鐘和7位數(shù)碼顯示器等組成。
其中電能變換計量器是智能電度表關(guān)鍵部件之一，采用我國檢測電量常用芯片BL0932和外接采樣用戶電壓、電流變換器技術(shù)而實現(xiàn)記錄用戶用電數(shù)據(jù)的。如圖4左邊的虛框所示。專用芯片BL0932是由乘法器、電壓頻率變換器(V-F)和脈沖計數(shù)器組成的。
智能電度表的基本工作原理簡述如下。
根據(jù)有功電能的計算方法：
電流信號i：電流信號是從串接于用戶電流回路上的一段優(yōu)質(zhì)(溫度性能好、電阻率為0.44～0.5Ωmm2/m)的一級精密錳銅合金獲取的。
電壓信號u：電壓信號是直接從跨接在相線和零線之間的精密電阻分壓器上獲取的，u≈0.63 V。
這樣, 電壓信號u(t)和電流信號i(t) 輸入到BL0932的乘法器中進行相乘, 在△(t)時間內(nèi)得到一個正比于電能的電壓信號E, 此電壓信號E經(jīng)V-F變換器變換后, 輸出一個正比于電能的脈沖信號。脈沖信號經(jīng)脈沖計數(shù)器計數(shù)后，再經(jīng)光電隔離器送入單片機AT89C51并由單片機將BL0932送出的脈沖信號轉(zhuǎn)換為的電度數(shù)，并計算其功率。
若脈沖信號在△(t)時間內(nèi)的汁數(shù)值為N, 則在△(t)時間內(nèi)的平均功率為：
P=NΔ(t)(2)
然后單片機AT89C51將上述計算的電度數(shù)據(jù)存入24C04內(nèi)，它是一種具有低電壓、用施密特觸發(fā)、高可靠、可擦寫百萬次的、數(shù)據(jù)可保存100年的、采用串行兩總線進行讀寫的、字位存貯容量為512×8(4K)等性能的EEPROM 存貯器。
電度表的主程序是根據(jù)它的主要工作情況來設(shè)計的，根據(jù)上述分析可知：它就是一個定點4字節(jié)求和程序。設(shè)存放在EEPROM中第K～K+3單元的電度數(shù)值為加數(shù);單片讀取電能計量器輸出的脈沖信號并轉(zhuǎn)化為電度數(shù)值后、暫存在單片機片內(nèi)數(shù)據(jù)區(qū)中50H～53H的、當(dāng)前用電數(shù)據(jù)為被加數(shù)。程序中以DPL為計數(shù)器指針，R0存放求和數(shù)據(jù)，R1作被加數(shù)地址指針，R2作加數(shù)地址指針。則電度表的主程序流程圖如圖4所示。
值得指出的是：本系統(tǒng)的路由器和電度表在選用單片微機時，都采用AT89C51型號單片機。這樣做主要考慮到MCS-51系列單片機具有下述特點：一、AT89C51片內(nèi)有4K Flash存貯器可作程序空間。二、MCS-51系列單片機片內(nèi)有位尋址和字節(jié)尋址內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯器，可作特征標(biāo)志位和存放待寫、讀的電度數(shù)據(jù)用。三、80C51單片機具有節(jié)電運行方式和掉電保護方式，這對本系統(tǒng)內(nèi)路由器和電度表的工作和運行具有極其重要意義，節(jié)電運行方式可使處在非訪問、讀數(shù)期間節(jié)省電能;而掉電保護方式，則使遇到電網(wǎng)突然仃止供電的路由器和電度表能及時保存重要數(shù)據(jù)，以利于電網(wǎng)恢復(fù)供電時，系統(tǒng)能正常地繼續(xù)工作。
同時，必需指出的是：盡管采用計算機遠(yuǎn)程監(jiān)控用戶電度表的優(yōu)點很多，但是由于系統(tǒng)較復(fù)雜、涉及面較廣, 目前要推廣使用本研究系統(tǒng), 需要各方協(xié)調(diào)、共同努力才能快速實施。
參考文獻(xiàn)
[1]趙保經(jīng)等.中國集成電路大全[M].北京：國防工業(yè)出版社,1986.
[2]童本敏等.標(biāo)淮集成電路數(shù)據(jù)手冊 TTL電路[M].北京：電子工業(yè)出版社,1991.
[3]孫育才.MCS-51,列單片微型計算機及其應(yīng)用[M].上海：東南大學(xué)出版社,2000.
（轉(zhuǎn)載）
