智能电表远程抄表系统的设计与实现研究

智能电表远程抄表系统的设计与实现研

究

摘要：通过硬件、软件设计实现了智能电表数据（电流、电压）的终端显示。可以通过PC主机控制STM32F103单片机获取数据，相对于只使用单片机，通过

PC主机可以实现多种功能，有着不可替代的优越性；也可以通过控制器的按键向

透传模块串口发送数据串，接收到的数据可以显示在接在单片机上的OLED显示屏，通过这样的操作可以快速获取智能电表的基础电能信息。

关键词：智能电表；远程抄表系统；系统设计

引言：

目前智能电能表（以下简称智能电表）作为连接电网与用户的关键节点，彻

底改变了传统的供用电管理模式，极大地提升了客户的电力“获得感”，也更直

观地体现了电力这个特殊的“商品”属性。我国生产智能电表的先进厂商超过

100多家，拥有专利技术200多项，全社会使用覆盖率达80%以上。国内智能电

表抄表系统的结构从单机、双机系统发展到今天的有线网络和无线网络系统结构。智能电表抄表系统的优势众多，在改良传统电表的基础上，不仅计量上更加准确，还具备余额报警、电量记忆、电价查询、信息远传等功能。

1智能电能表中的故障原因

1.1电能表黑屏

电能表设备黑屏是指在电量充足时，电能表屏幕当中却没有任何的显示，这

类故障在现如今的电能表当中较为常见，电能表出现黑屏的问题后，经过维护人

员的专业检查，可能会发现检测表DCDC小板当中的C2位置的相关电容存在烧坏

的现象，并且电源板稳压芯片也会受到一定的损坏[1]。与此同时，还可能的情况

是UN零线不慎脱落导致自身上的烧毁经过各项研究以及对使用经验上的总结，

导致这些问题出现的原因为，在对设备进行建立安装工作时，工作人员的技术水

准不够过关，进而就造成了安装后出现零线掉落的情况，也有可能是设备运行时

的电压不够稳定，导致电能表当中内置的芯片被击穿从而烧毁。

1.2电能表显示乱码

电能表乱码指的是电能表液晶屏幕当中显示出来的用电信息数据存在明显的

数字混乱现象。导致这种情况的原因是，智能电能表的安装位置几乎全部都是在

户外，设备在户外受到了高温天气的影响，造成了设备在显示方面的混乱与错误。或者是智能电能表设备上的液晶管脚上存在虚焊的现象。

1.3电能表的电池故障

智能电能表通常采取的电池类型几乎都是锂电池，在使用锂电池进行工作时，如果电池电量耗尽或者电池出现问题，设备当中已经设定完成的相关程序和已经

被记录完成的相关设备数据参数就会彻底的丢失。所以，锂电池的质量问题对智

能电能表的运行工作有着比较重要的影响。电能表当中出现的最为普遍的问题就

是电池电量耗尽，导致电池电量耗尽的原因为，锂电池自身的质量不合格以及锂

电池当中的电路板出现的短路的问题。

1.4电能表的烧表故障

烧表故障是电能表故障当中发生的概率最频繁的故障，烧表导致电能表当中

的损坏，使得电能表不能够继续进行正常的运行工作，导致智能电能表出现这种

情况的原因也比较多[2]。可能是智能电能表在使用过程当中电源被烧毁造成接线

两端位置出现接触不良；或者是在安装时强电被直接安装在了与脉冲相连的位置，导致电能表当中出现了故障；又或者是设备使用时，电线线路当中存在一定的超

负荷使用情况，促使电流在进行取样工作时的电路线路或者设备内部内置的机电

设备在工作过程当中被烧毁；以及在安装电能表的过程当中，相关工作人员的操

作技术不够熟练，造成电能表继电器的输出端与零线之间的连接出了一定的问题，导致智能电能表内部出现了设备短路，同时电能表内部的初级电压线圈被不慎烧毁。

1.5电能表的费控故障

智能电能表的费控故障的主要表现是在进行日常计费时，其自身的灵敏度与

准确性出现了问题，最为主要的一些故障类型有：远程费控与实际情况不符合，

对相关身份的认证方面存在一定的问题，使得远程费控存在了一定的偏差。导致

这些故障出现的原因有：电能表内部发生了短路；电能表相关的继电器出现故障；身份验证环节上存在一些疑点。其中导致身份验证环节出现疑点大多情况下是芯

片的问题，芯片没有正确的插入设备当中，或者芯片本身出现折角情况，通过对

这两个方面的检查，能够有效地解决芯片问题。

2智能电表远程抄表系统的设计与实现

电力技术在现代化社会当中不断优化与升级，促使电能表当中的功能也不断

增加。智能电能表可以对用户电量使用情况进行测量，并且在电量测量时还具备

较强的准确性与技术性。但是与此同时，智能电能表也会在工作当中出现一些故障，其中比较普遍的问题就是电子屏黑屏、屏幕数字乱码、电池质量不过关、身

份认证工作存在问题，需要采取有效的措施来及时解决[3]。要减少故障，首先应

当选用质量合格的电能表以及电器元件，确保电能表的各个软硬件设计的整体技

术的可靠性，确保能够有效缓解智能电能表出现故障的概率以及造成的利益方面

的损失。因此，加强系统设计与实现显得极为重要。

2.1系统硬件设计

2.1.1智能电表回路设计

将电表程序采样计算部分及转化开平方等步骤简化后，得到智能电表流程图。

图1 智能电表流程图

2.1.2透传模块及供电接线与STM32硬件接线设计

首先，通信协议采用RS485串口通信协议，选择RS485电平进行数据信号传输。其次，查阅资料，控制模块的集中器需要用到STM32F103的RS485模块和时钟功能、寄存器功能等。

2.1.3STM32控制器串口通信子程序设计

编程后，分别给KEY_UP\KEY1\KEY0赋值，当按下这三个按键后，分别发送抄表常用的正向总电量、电压、电流三项数据。

2.2系统测试

2.2.1主机端功能实现

选择对应的数据标识后选择发送，查询到新电表的数据为0kW·h。接入充电器充电，分时段对电表进行数据查询。测试结果说明在测试工具的支持下，系统可以进行智能电表远程抄表，并且数据准确，没有误差。

2.2.2控制器端功能实现