作者：顧波，張紅濤，劉新宇，邱道尹

隨著國家電力系統兩網改造工程的逐漸推進及“一戶一表，供電到戶”政策的貫徹實施，電力用戶數量急劇膨脹，用電網絡日益龐大，供電企業的用電管理任務也越來越重，加之國家供電的發送配分開，更要求供電企業加大對各大中小電戶的監控力度。而傳統的抄收方式主要是依靠人工每月定期上門抄取，這種做法不僅耗費大量的人力物力，工作效率低，給用戶帶來諸多不便，同時發生電費拖欠現象，造成電力公司的損失。低壓電力線載波遠程抄表系統是利用現有的低壓電力網和公共電話網作為數據采集與傳輸通道，不僅從根本上克服了人工抄表帶來的諸多缺點，實現了對用戶用電量的自動抄表及收費管理等多種功能，而且具有施工量小、可靠性高、成本低等優點。 但現有低壓電力線載波遠程抄表系統由于各種原因，存在這樣或那樣的弊端，例如負荷情況復雜、噪聲干擾強且具有時變性、信號衰減大、信道容量小等。如何克服這些缺點，是現階段低壓電力線載波遠程抄表系統設計的主要目標。本文所用的基于令牌存儲技術的采集器設計與實現技術，就是為了克服以上缺點的一種方法。

1 采集器硬件設計

1.1 采集器電路設計

采集器的電路設計如圖1所示。采集器是數據進行采集、累計、傳輸的部件，其設計的好壞將直接影響整個抄表系統的正確性。所以，采集器的設計是整個系統設計最為關鍵的一步，在設計采集器時，需做到以下三點：

（1）實時記錄電表脈沖信號，并按要求保存，可根據脈沖個數等參數計算出當前電表度數。

（2）可實現繼電器控制、狀態監視并可記錄繼電器狀態。

（3）可讀取電表度數、電表地址等信息，并可對其進行參數設置，進行欠費指示、繼電器通斷等控制。

1.2 采集器各部分功能

采集器總體結構如圖2表示，其各部分功能如下：

（1）485通信芯片：主要實現采集器與上位機之間的通信，從而可以從采集器的存儲器中讀取相關數據，其具體通信協議以國家標準為主。

（2）狀態指示：指示當前電表的工作狀態，由3只二極管組成，其中一只表示正常工作；另一只表示用戶欠費；第三只表示繼電器動作，切斷用戶電表。

（3）狀態檢測：在系統掉電或重新啟動時，確保啟動時的狀態與掉電前的狀態相符合。

（4）脈沖采樣：完成脈沖的采集與計數任務。

（5）存儲控制：主要存儲電表的地址、初始值、變比參數、已有的脈沖個數、已記錄的電表數及繼電器在系統掉電前的狀態。

2 采集器軟件設計

2.1 基于令牌存儲技術的數據存儲設計

在進行采集器的設計時，數據準確、安全地存儲和傳輸是非常重要的，其結果決定著其他部分的正常工作。但由于采集器工作在現場的最前端，容易受到環境的影響，如采集器的突然掉電、數據在存儲過程中突然受到計數脈沖中斷的影響等，這些都會導致寫到存儲器中的數據不準確。如何克服這些不足，是采集器設計過程中的一個難點。根據采集器的實際工作環境，本文提出一種基于令牌儲存技術的數據存儲設計方法，該方法能很好地解決數據存儲過程中的不準確和不安全現象。

該方法的具體思路為：在存儲區中開辟三個互不相連的存儲空間，分別定義為ADDR1、ADDR2、ADDR3，每個存儲區又分為兩部分，第一部分存儲令牌，用tokening表示（用一個整數表示），第二部分存儲當前電表度數，用memdata表示。下面詳細說明本算法的思想。

（1）系統初始參數：當系統第一次使用時，把ADDR1.tokening、ADDR2.tokening和ADDR3.tokening中的數據值全部設置為零，把ADDR1.memdata、ADDR2.memdata和ADDR3.memdata中的數據設置為0、0.01、0.02（其中0.01代表0.01度電）。

（2）當用電量有0.01度時，需要將這0.01度電加到存儲區的用電度數中。首先把ADDR1.tokening、ADDR2.tokening和ADDR3.tokening中的數據相加，其和為0時，則把ADDR1.memdata中的數據加0.01，同時改變ADDR1.tokening中的數據，使其為1。

（3）當用電量第二次到0.01度時，把ADDR1.tokening、ADDR2.tokening和ADDR3.tokening中的數據相加，其和為1時，由此可以得到ADDR1.memdata剛被存儲過，把ADDR2.memdata中的數據加0.01，改變ADDR2.tokening中的數據，使其為2。

（4）當用電量第三次到0.01度時，把ADDR1.tokening、ADDR2.tokening和ADDR3.tokening中的數據相加，其和為3時，由此可以判斷ADDR1.memdata和ADDR2.memdata已經存儲過，把ADDR3.memdata中的數據加0.01，改變ADDR3.tokening中的數據，使其為4。

（5）當用電量第四次到0.01度時，把ADDR1.tokening、ADDR2.tokening和ADDR3.tokening中的數據相加，其和為7，這時可以判斷ADDR1.memdata、ADDR2.memdata和ADDR3.memdata都已經被存儲過了，重新從ADDR1.memdata開始存數，把ADDR1.memdata中的數據加0.01，改變ADDR1.tokening中的數據，使其為0。

（6）當用電量第五次到0.01度時，把ADDR1.tokening、ADDR2.tokening和ADDR3.tokening中的數據相加，其和為6，這時可以判斷ADDR1.memdata中數據剛改變，應該把數據存儲到ADDR2.memdata中，把ADDR2.memdata中的數據加0.01，并把ADDR2.tokening中的數據改為0。

（7）當用電量第六次到0.01度時，把ADDR1.tokening、ADDR2.tokening和ADDR3.tokening中的數據相加，其和為4，這時可以判斷ADDR1.memdata和ADDR2.memdata都已經被存儲過了，應該把ADDR3.memdata中的數據加0.01度，并把ADDR3.tokening中的數據改為0。這時的令牌狀態又重新回到了初始狀態，并且保證了數據區中的數據相差0.01度電，當有新的數據到來時，令牌數據又重新從初始狀態開始。

（8）錯誤處理：當系統掉電或被其他干擾影響時，經常會出現存儲數據不正確的現象，如果使用上述存儲方法，可以克服這些錯誤。每次在更改存儲區中的數據或向上位機發送電表度數時，都會首先把三組存儲區中的數據和令牌值取出來，然后根據令牌值，把三組數據兩兩相減，根據數據間的差額可以判斷三組存儲區中的數據是否正確，若正確才進行改變或發送，否則可以根據另外兩組數據來還原其中一組數據，從而保證整個數據在系統運行期間的正確性。

2.2 軟件系統設計

軟件設計的任務主要是實現采集器的各部分功能，如圖3所示。包括485芯片通信功能設計、脈沖采集設計、數據存儲設計、狀態檢測設計、系統初始化等部分功能。

基于令牌儲存技術設計思想設計的采集器，極大地提高了采集器的穩定性和數據的正確性。采用本技術設計的采集器，在河南鄭州、濟源、周口等地市使用，其抄表成功率在99.8%以上，很好地滿足了用戶要求。

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