基于智能家庭网关的电表监测系统

基于智能家庭网关的电表监测系统,可同时采集多路脉冲量和模拟量,集数据采集与无线通讯为一体。该系统的家庭网关采用嵌入式芯片,利用蓝牙技术的无线传输,先将计费电表的信号传输到智能家庭网关中,再通过Internet 网络,可直接传输到物业公司或电业管理的调度部门的计算机中。该家庭网关的软件系统采用当今比较流行的linux 系统,图形界面可以自行编译安装。linux 系统的内核可裁剪,设备驱动完备,应用程序可移植性好,开发成本低,周期短。该家庭网关技术成熟稳定,成本低,其市场前景广阔。

引言

传统的电表抄表都是人工操作,费时费力,增加了统计计量的工作量。如果能够利用网络技术,将抄表功能集成于家庭网关中,实现远程智能抄表。

电表监测系统功能主要由数据采集、用户查询、时段分析、故障监控等几个部分组成。数据采集主要进行单表数据抄表,并对数据进行加工处理。用户查询主要进行日用量日、月、年查询,月用量月、年查询,年用量年查询,冻结数据查询分析。故障监控主要进行查询分析用户表计各种故障, 电表监测系统各种故障及网络通信故障、信号线故障等。

家庭网关采用linux 系统,由于源代码开放等特性,使得开发人员更加便利的扩展家庭网关的功能, 更可以在现有的网关的基础上将电表监测系统模块添加进去, 使得用户的家庭网关得到增值服务。

利用蓝牙技术的无线传输、传输距离短(10m 之内)和抗干扰性强的特点,先将计费电表的直流信号通过加载的BlueTooth 芯片无线传输到智能家庭网关中,通过Internet 网络,直接传输到物业公司或电业管理的调度部门后, 便可输入到计算机中完成网上任一用户的电费自动查询。也以与现有的电费收费网络系统相连接,以及与电网的调度指挥中心相连接成一个完整的用电管理网络。蓝牙芯片仅为9mm×9mm,可以直接嵌入数字电表中。其工作采用2400~2483.5MHz 的ISM(工业、科学和医学)频段,该频段内没有其它系统的固定信号干扰,同时该频段向公众开放,频段在全球范围内有效。但同时ISM 频段作为开放频段, 使用其中的任何频段都会遇到不可预测的随机干扰源(如某些家用电器、无绳电话和汽车开门器等)。因此,对外部和其它蓝牙用户的干扰源要不同的技术加以处理。

蓝牙技术实现了设备的无线连接工作,提供了接入数据网的功能,并且具有外围设备接口。蓝牙系统采用基于包的传输:将信息流分片(组)打包,在每一时隙内只发送一个数据包。所有数据包格式均相同,开始为一接入码,接下来是包头,最后是负载数据。远程智能抄的便利性能够有效提高电力公司的工作效率,必将带来较大的经济效益。

1 硬件设计

电表监测系统采用了单片机中断技术,实时性好、系统效率高,能耗较低。采用的转速编码器可直接应用于现在普遍安装在千家万户的机械铝盘式电度表上,方便用户升级。家庭网关采用自行编译安装的u-boot、Linux kernel 以及文件系统, 降低了整机成本,并且因此裁减了内核中不需要的功能,提高了系统的效率。电表监测系统由单片机通过接收电表铝盘脉冲计数, 从而计算出电表的相对电度值W。单片机将W 值写入存储器,每隔一段时间或者应用户请求通过蓝牙模块发送到家庭网关。

该系统可外接继电器, 当遇到电流过载时, 可实现自动跳闸。当检测到家庭电网处于安全状态时,可自动合上电闸。电表监测系统采用蓝牙数据传输,实现了无线通信,避免了繁琐的朱凌云: 副教授布线。家庭网关中内置了无线蓝牙控制器,通过蓝牙通信协议与电表端的蓝牙设备之间进行数据交换,实时/定时获得电表数据。

家庭网关是连接家庭中彼此孤立分散的子网或网络用具、实现信息的交互和共享,并将家庭内网和外部网连接,实现内外网络互通和鉴权的设备。该家庭网关将采用现今比较流行的linux 系统,并且自己编译安装,尽量降低成本。

实现家庭内部组网方面,可采用Zigbee 无线通信标准。网关通过家庭宽带网络或者GPRS 无线方式连接Internet。网关全部采用无线通信方式,可以避免家庭布线的零乱无序,方便了网关在家庭中的布置,同时使该网关不仅能够应用于家庭,也适用于企业级用户。

电表监测控制系统结构如图1: