基于物联网的智能电表数据采集器设计

基于物联网的智能电表数据采集器设计

作者：初亮丁进中

来源：《山东工业技术》2017年第17期

摘要：电力企业需要对智能电表进行监控，本文介绍一种基于物联网的智能电表数据采集器。此采集器拥有独立的TCP/IP网络协议栈，也提供API函数接口，支持的通信协议是基于RS485总线的Modbus。这些功能支持智能电表进行数据的采集，并可帮助其实现远程操控及双向网络传输。采集器的适用环境广泛，实用性较强。

关键词：物联网；智能电表；数据采集器

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.17.130

0 引言

基于社会的不断发展，物联网已具雏形，智能电网发挥着重要作用。传统电表已经不再能满足发展需求，智能电表将完成传统电表的替代。目前有多种远程抄表系统，如专用光线网络的方式、电话交换网络的方式、GPRS方式等。以上这些方式不论是在成本，还是在功耗等方面，都各有优缺点。电力企业需要一种新型的，集合各种优点于一身的采集方式[1]。

1 基于物联网的智能电表数据采集器的整体介绍

1.1 基于物联网的智能电表数据采集器的工作流程

数据采集器工作流程如下：

（1）进行数据的采集与处理工作，此项工作通过RS485总线终端智能仪表节点完成；

（2）进行协议的转换；

（3）开始TCP/IP网络协议的封装打包工作；

（4）将数据上传至互联网，此步通过网络接口进行，以供上方监控平台使用。

1.2 基于物联网的智能电表数据采集器的功能概述

在进行数据采集的同时，采集器还可接收远程发来的命令，并将命令下达至智能仪表的节点，从而实现网络的双向通信与控制效果。此外，采集器承担着本地存储、调试等多项功能。因此，数据采集器从本质上是一个集网关、数据采集功能于一体的智能型设备[2]。

基于物联网的智能电表数据采集器的功能图如下图1所示。

2 基于物联网的智能电表数据采集器的系统硬件设计

2.1 基于物联网的智能电表数据采集器的系统硬件设计原则

系统硬件设计的基本标准是功耗、可靠性。此外，还应兼顾现场的供电及日后维护等条件，主要包含以下几点内容：

（1）低功耗方面：利用低功耗主控器、外围功能元件来实现低功耗；

（2）多方案供电方面：在实际应用中除外部电源适配器供电方式外，还应为其配备后备电池；

（3）易维护性方面：通过预留本地的调试接口，利于日后的现场维护，此外还可通过远程网络的方式来进行授权维护；

（4）抗干扰及稳定性方面：在选用器件时，选择抗电磁干扰性强的器件，将电路进行合理规划，设计科学的分区布局，实时监测系统运行环境的温度、湿度并及时进行异常情况处理等。

2.2 基于物联网的智能电表数据采集器的终端设备硬件设计

数据采集器的硬件采取的形式为模块化的电路设计，主要包括：

（1）网络模块：网络接口选用HR911105A的RJ45接口，因其内部含有网络信号的电压转换、保护电路，所以减少了PCB的设计负担。

（2）数据存储模块：在模块的选择时，选取小型大容量记忆卡作为存储载体，减少占地空间，提升存储容量。

（3）微控制器最小系统模块：选取满足系统设计要求的飞思卡尔的超低功耗微控制器为主控芯片，因其除包含数个接口外，还集成了功能较为强大的定时装置、高速模拟比较器。

（4）电源管理模块：系统需要对核心部分、采集部分、网络部分的电路采取稳压设计以降低功耗及干扰因素。

3 基于物联网的智能电表数据采集器的系统软件设计

数据采集器的系统软件设计所采取的设计思路是服务式、层次化。

（1）对应不同的模块，编写出相应的通信协议代码、驱动代码；

（2）ARM内核的NVIC可帮助系统实现对多种任务的进行实行任务的交替、调度，最终实现多任务处理过程；

（3）对程序代码结构进行优化，最终使得系统对于任务的响应速度、对于物联网资源的利用率都有巨大的提升。

因为数据采集器的软件设计所采取的设计形式是服务式的，所以系统设备就以服务进程方式进行，主要包括：初始化服务、后台调试服务、文件系统服务、网络传输服务、数据采集服务。

因为数据采集器的软件设计所采取的设计思想是层次化结构，所以系统利用层次分明的结构来进行一系列的程序设计，这些对于代码的编写、修改以及阅读都非常有利。主要包括：TCP/IP网络协议、存储设备驱动。

4 结束语

基于物联网的智能电表数据采集器利用计算机技术、测量技术、通信技术的优势结合，将数据采集、电量计量及数据处理集合于一体，亦将居民电量能耗信息、综合处置相结合。其不但可节省人力资源成本，又提高相关管理部门的工作效率。对电力客户现有的电表资源及通讯资源加以充分利用，并借助于计算机信息网络建立起一种智能电表数据采集器，大大提升电力企业的工作效率，降低成本，增加经济效益[3]。

参考文献：

[1]亢红波，许宏科.基于物联网的智能电表采集系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2015（08）：15-18.

[2]亢红波，许宏科.基于物联网的智能电表数据采集器设计[J]. 自动化与仪器仪表，2015（04）：230-233.

[3]阮蕾.居民用电表远程智能数据采集系统设计[J].黑龙江科技信息，2015（31）：129.