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基于蓝牙通讯的无线自动电表抄表系统设计.rar

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    基于 蓝牙 通讯 无线 自动 电表 系统 设计
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    科技学院 2011 届本科毕业论文基于蓝牙通讯的无线自动电表抄表系统设计学科专业:通 信 工 程指导教师:马 光 喜学生姓名:赵 渊 鹏 学生学号:072004111479 中国﹒贵州﹒贵阳2011 年 5 月贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 I 页目 录摘要 ..............................................................IIIAbstract............................................................IV第一章 绪论 ........................................................11.1 自动抄表系统概述 ...........................................11.2 课题研究背景和目的 .........................................11.2.1 研究背景 ..............................................11.2.2 研究意义 ..............................................21.3 国内外远程自动抄表系统的发展及现状 .........................21.4 课题的主要任务及工作 .......................................2第二章 电能远程自动抄表系统的构成及工作过程 ........................42.1 现有远程抄表系统构成 .......................................42.2 远程自动抄表系统的工作过程 .................................42.3 本章小结 ...................................................5第三章 基于蓝牙技术的远程抄表系统的整体构建 ........................63.1 总体设计原则 ...............................................63.2 无线通讯方式的选择 .........................................73.2.1 GSM 技术 .............................................73.2.2 GPRS 技术 ............................................83.2.3 蓝牙技术 ..............................................83.2.4 三种无线通信方式的性能比较 ............................93.3 系统方案的选择 ............................................103.3.1 系统总体结构 .........................................103.3.2 远程自动抄表系统构建 .................................103.4 采集部分 ..................................................103.4.1 采集器框图 ...........................................103.4.2 电能表数据采集用方法 .................................11贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 II 页3.5 电能表数据集抄中心 ........................................113.6 本章小结 ..................................................12第四章 系统硬件设计与实现 .........................................134.1 采集器元件的选择 ..........................................134.1.1 数据采集模块 .........................................134.1.2 采集模块主要部分硬件电路 .............................134.1.2 键盘和显示模块 .......................................154.2 通讯硬件的选择 ............................................174.3 数据集抄模块硬件连接电路 ..................................21第五章 电能远程自动抄表系统的软件设计 .............................235.1 采集模块程序设计 ..........................................235.2 蓝牙传输程序设计 ..........................................245.3 本章小结 ..................................................26结论 ...............................................................27参考文献 ...........................................................28致谢 ...............................................................29贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 III 页基于蓝牙通讯的无线自动电表抄表系统设计摘要近年来,随着我国住宅产业的高速发展,对能源特别是电能的需求也越来越大,因而同时使得电力部门的电能表抄表的工作量和工作强度大大地增加。为了从根本上克服传统人工抄表模式的弊端,利用现代通信技术研究远程无线自动抄表已成为发展趋势。自动抄表是指采用计算机技术和通信技术自动读取和处理表具数据的一种手段,是提高能耗管理部门自动化水平的需要,也是计算机技术和通信技术迅速发展的必然。本文首先介绍了当前国内外远程自动抄表技术发展现状,并分析了几种广泛使用的自动抄表系统的原理及系统组成,对和不同通讯方式进行的比较;然后详细介绍了本文基于蓝牙技术实现的远程自动抄表系统的设计和具体实现,该系统主要由单片机采集模块、蓝牙模块和集抄中心模块及相关软件组成,是具有多功能的远程抄表系统。关键词:无线传输;远程抄表;蓝牙技术贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 IV 页The Design of Automatic Wireless Electric Meter Reading System Based on the Bluetooth CommunicationAbstractIn recent years, with the rapid development of housing industry in our country, the demand for energy especially electric energy is increasing, which increases workload and working strength of meter reading of electric power department. In order to conquer shortcomings of the traditional manual meter reading mode, remote automatic meter reading system is becoming more and more important. Automatic meter reading is a method which utilizes computer and communication technology to read and process data automatically. This method is the result of improving automation level of energy management, and the rapid development of computer and communication technology. At first, this paper introduces the status quo of development of remote automatic meter reading technique at home and abroad, analyzes some system’s principle and constitution, and compares the different ways of communication. Then, it gives a kind of design and realization of the meter reading system based on bluetooth technique in details. This system which contains Single Chip Microcomputer (SCM) acquisition module, bluetooth module, set copy center module and related software is a multifunction remote meter reading system.Keywords: transmit wirelessl, remote metering, bluetooth technology贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 1 页第一章 绪论1.1 远程自动抄表系统概述远程自动抄表系统(AMR,Automation Meter Reading):一种可以自动采集和记录电力系统客户负荷的用电情况,并且通过一定的通信方式,自动将记录的数据和客户信息通过信道传回电力用电管理中心,并由系统进行数据处理,自动完成电力系统用电客户的电能量计费和管理功能的系统。作为自动化系统中的重要组成部分,自动抄表技术从根本上克服了传统人工抄表模式的弊端,给电力管理部门带来了方便 [1]。在电力系统中,对广大的电力客户实现自动抄表,就是将智能化电表通过通信网络与控制中心的计算机联络,实现对电量的自动、集中、定时抄录,并进行统计和分析。电力客户抄表自动化是配电自动化的一个基本功能,是用电营业管理自动化的一个重要手段和组成部分。低压客户自动抄表系统主要是面向大量的低压客户,量多面广,整个系统的设备数量多,投资巨大。自动抄表是信息时代发展的总趋势,自动信息交换为人们日常生活和工作带来了极大的方便,节约了大量的人力和时间,快捷、准确的信息传递提高了现代数据管理的科学性、先进性。1.2 课题研究背景和目的1.2.1 研究背景在能源紧缺而又不可或缺的今天,科学、及时、有效的能源管理和电力调度已经至关重要了。我国电力系统长期以来的查收方式是人工抄表,由查表人员入户查表计费,再由收费人员入户收费或将收费单送到用户通过银行进行结算。随着我国电力事业的发展,电力系统两网改造工作的逐渐推进,厂网分离、同网同价和分时计费等政策的出台,用电网络规模急剧膨胀,使得供电企业对用电网络的管理任务日益加剧。传统的人工抄表模式的弊病越来越突出,主要表现在:1、查表收费人员工作入户难,条件差,效率低,劳动强度大;2、错抄、漏抄、估抄的现象严重,影响电供应部门的经济效益和社会形象;3、窃电问题严重,尤其是工业大用户的窃电问题,由于数额较大,严重地损坏了电力企业的利益,扰乱了供用电秩序。以上这些问题一直困扰着电力部门,并成为制约电力部门提高效益、实现电网自动化贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 2 页的瓶颈。国家如何把庞大且分散的用电量及其它数据及时有效并且准确无误地收集、统计及分析,成为供电企业一个迫切需要解决的问题。1.2.2 研究意义随着用户数的增长,发展远程自动抄表技术是提高用电管理水平的需要,也是网络和计算机技术迅速发展的必然。远程自动抄表技术具有抄收速度快、计算精度高、抄表实时性好、可直接与营业计算机联网等突出的优点。采用远程自动抄表系统可以降低抄表人员的劳动强度,降低人为因素造成的抄表误差,并能迅速地统计实时线损等。它从根本上克服了传统人工抄表模式的弊端,为供电部门的管理给予了技术上的支持。采用远程自动抄表系统有如下优势:1、采用远程自动抄表,不再需要预约上门抄表时间,居民用电量自动抄收,能更好地方便用户。2、采用远程自动抄表,能节约人力资源实现减员增效。3、远程自动抄表,对加强用电管理,防止窃电,电费催收等都有积极意义。4、采用远程自动抄表,可提高抄表的准确性,减少因估抄而造成账单错误,使供电管理部门能及时准确获得数据信息。1.3 国内外远程自动抄表系统的发展及现状目前,许多国家和地区都已广泛采用自动抄表系统代替传统的人工抄表。抄表技术的发展得益于 80 年代计算机技术、大规模集成电路和通讯技术的高速发展,使得抄表系统向着智能化、低功耗、低成本和通信标准化设计的过程迈出了坚实的一步,达到了可以大规模推广的实用性阶段。国内所采用的抄表方式大致可以分为三种:一是传统的人工抄表方式,抄表人需到用户处读取数据,返回总局后将数据重新输入电脑进行处理;二是预付费方式,抄表人无需到用户处,用户通过银行划拨收费或到仪表管理部门购买磁卡、IC 卡等,按购买额提供电量,完成收费工作;三是远程抄表方式,监控中心通过远程通信系统(例如公用电话网、电力线载波、数据网等)自动获取远程仪表数据的方式。当前在我国国内大量使用的是预付费方式,部分地区已经开始了远程抄表的试点。1.4 课题的主要任务及工作本文的主要任务就是实现家用电能表的远程无线抄送以及管理。传统的远程抄表贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 3 页通讯方式主要有光纤通讯、电话线通讯和无线通讯三种方式,目前的无线方式需要慎重选择频点,并需要申请频点使用权。蓝牙工作在标准的 2.4GHz 频段 [2],应用方便,正因为如此我们选择蓝牙通讯方式。本文的主要工作就是结合自己所学知识,以ADE7755 作为电能的采集芯片、AT89C51 作为控制芯片,组成一个远程抄表系统数据采集部分,再利用 W78E58 处理器、ROK101007 系列蓝牙模块,通过电话网(PSTN)与调度端通信,实现电能表数据的远程采集、传送等功能;并对硬件电路、软件流程的设计做了详细的阐述。贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 4 页第二章 电能远程自动抄表系统的构成及工作过程2.1 现有远程抄表系统构成目前的远程自动抄表系统的通信信道主要包括:①供电管理中心与集中器的通信信道;②集中器与采集器的通信信道。根据两个通信信道的不同特点,几乎所有远程自动抄表系统的系统结构都采用分布式体系结构 [3]。这种体系结构分上下两层:上层(管理中心计算机与集中器之间)数据的采集采用星型结构:底层(集中器与采集器之间)数据的采集采用总线型结构。系统组成框图如图所示。图 2.1 现有远程抄表系统框图2.2 远程自动抄表系统的工作过程在远程集中抄表系统中,用户端采用安装脉冲电水气表,经过采集器和数据集中器,由通信信道将数据集中收集并发送到远方的集中抄表中心。对抄收的数据由管理中心主机进行统计和管理。具体工作过程如下:第一步,管理中心的主机在系统设定的抄表时刻,将抄收命令发送给集中器。第二步,集中器接收到采集命令,通过通信信道,将命令转发给各自的采集终端。第三步,采集终端根据命令向客户的三表发送数据采集命令,并将用量信息采集到采集终端中,根据规约将数据打包后传回集中器。第四步,集中器将数据包反馈回管理中心的主机。在上述的远程集中抄表系统中,通过数据流程可以看出,数据从底层的客户三表贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 5 页到顶层的营业管理中心,数据通信技术在其中扮演着重要角色。底层的三表到数据采集终端的通信距离比较近,可是因为面对的是广大的低压电力客户,因此,他们所在的通信环境比较恶劣。同时,在数据集中器到三表能量计费中心的数据通信中,距离较长,只有高质量的通信手段和技术才能保障,准确的将底层客户的耗能情况真实的反映给营业管理中心。2.3 本章小结本章从远程集中抄表系统入手,介绍了远程抄表系统的总体结构框图,包括数据的采集,传输和接收。并对远程抄表系统的整个工作过程进行了简要的描述。为下面无线抄表方式的研究与开发提供了思路与平台。
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