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基于嵌入式的电量计量采集系统研究 　　摘 要： 为了对用户用电情况进行实时监测，提高用电采集系统的准确性，及时发现用电异常，研究一种基于嵌入式的电量计量采集系统。该系统主要分为高压无线监测模块、用户用电远程监测单元和监控主站三大部分。通过对比高压无线监测模块和用户用电远程监测单元数据判别用户用电是否存在异常，并将数据传回监控主站。通过实例对所研究的嵌入式电量计量采集系统进行分析，通过监测对比某用户用电信息，有关部门人员通过嵌入式电量计量采集系统监测该用户的用电规律，掌握其窃电行为的证据，对其进行窃电行为判定。 　　关键词： 嵌入式系统； 电量计量； 采集系统； 窃电稽查 　　中图分类号： TN915?34； TP27 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）22?0163?04 　　0 引 言 　　改革开放后，我国经济发展发生了翻天覆地的变化，人民的生活水平不断提高，对于电力的需求越来越大，特别是天气比较寒冷的冬天和比较炎热的夏天，对于电的需求更是极速膨胀，可是由于电网建设不完善，经常会出现缺电和断电的现象。为了避免这样的现象再次出现和满足消费者的需求，相关部门就构建了功能比较完善的用电信息采集系统。这个系统主要是为了解决供电高峰期时电力供应不足的问题，对原有的电力资源进行重新的优化配置，使其能够得到更加合理和高效的使用，进一步减少用电高峰期缺电、断电现象的发生，满足消费者提高生活质量的要求[1?2]。 　　用电信息采集系统的主要功能是通过采集用户的用电信息，对这些信息进行处理和分析，发现其中存在的异常情况，进而对这些异常情况进行监控和检测，与此同时用电信息采集系统还是电力支持系统的重要组成部分，还具有电能质量检测、分布式能源监控等功能，保证了供电公司可以对用户用电信息进行实时的监控。用电信息采集系统的前身是原负控管理系统，这个系统的构建主要是为了解决用电高峰期缺电现象和用户的窃电问题，对电力资源进行重新的优化配置，进一步提高能源的使用效率，为国家挽回经济损失。系统还具有进行远程抄表、监测和辨别窃电行为、对电能质量进行监测等功能[3?5]。 　　1 嵌入式电量采集系统设计 　　1.1 系统整体框架 　　电量采集系统整体框架如图1所示。 　　该系统由两个子系统组成，一是电量采集装置，二是主站系统。其中电量采集装置包括电网高压无线检测设备和用电端的远程监控模块。工作原理是：电网高压检测设备对高压侧的电能数据进行采集，无线通信设备作为媒介传输采集到的数据，用电稽查终端接收由无线通信设备传输的电网高压侧的数据，同时电表数据由终端用电信息采集模块进行读取。根据用电数据判断是否有窃电行为，共有两种方式：一是直接的方式，用电远程监控终端判断是否存在窃电行为，判断结果发送到主站设备和用户的手机；二是间接的方式，用电远程监控设备将收集到的高压侧的数据和读取的电能表数据都发送到主站设备，然后主站根据接收到的数据判定是否有窃电行为。两种方式各有优缺点，第一种判定方式简化了主站设备，能够做到24 h数据监测，但是用电远程监控设备的设计变得复杂，该模块所需的硬件成本也大大增加；第二种判定方式简化了用电远程监控设备，但是主站必须在持续供电的情况下不断工作。两种判别方式因其具有不同优缺点，可以应用在不同的场合[6]。 　　1.2 高压无线检测模块 　　高压无线检测模块由四个子模块单元构成，分别是采样、控制、通信和电源。工作原理是：互感器变换高压侧的电能数据，采样模块对变换后的电能数据进行采集，同时简单处理采集到的数据；控制单元控制整个检测模块的操作顺序；通信单元传输采样单元输出的数据；电源单元保证整个检测单元的正常运转。 　　ZigBee方式是高压无线检测单元和用电远程监控之间采用的主要通信协议，该协议在开放式互联系统的基础上实现每层通信，向更高层提供服务的功能。IEEE 802.15.4是ZigBee通信协议物理层采用的标准，ZigBee联盟定义应用层和网络层，其中应用程序框架构成了应用层，Z?Stack协议堆栈使得ZigBee上层协议成为可能。 　　高压无线检测单元的功能是实现电能数据的采样、数据的发送和控制远程终端接收电能数据。高压无线检测单元开始工作时，第一步是对系统网络初始化，对硬件设备进行复位；第二步是无线检测单元中的通信单元向用电远程监控设备发送指令和网络地址；第三步是控制采样模块周期性的工作，有利于节省功耗；第四步是采样模块处于保持状态时，通信设备采用ZigBee的通信协议传输数据信息；第五步是主站发送查看工作状态的命令到用电远程监控终端，此时监控终端发送指令到采样单元，采样单元进入对电能数据进行采集处理周期，然后采样单元进入保持状态，等待下一个采样指令。 　　当电网高压侧出现短路故