王小兰 汪卫平
华立科技股份有限公司 浙江 杭州 310023；杭州中慧互联科技有限公司 浙江 杭州 310000
摘要：人们生活质量提高的同时，也提升了对电力的需求。电力能源是人们生活中必不可少的一种能源，电力能源属于二次能源，需要经过加工得到，且在制造过程中，需要很高的成本。因此，供电公司要严格地度量用户使用的电量，并据此来对其收费。在对用户用电量进行测量的过程中，需要在用户的家庭电网和公共电网之间安装一个电表设备，通过该电表来测量用户的用电数据，并由电工师傅每隔一定的时间（一般是1个月）抄表，根据抄表得到的用电数据对用户收费。这种度量方式效率较低、误差较大，一直以来都为人们所诟病。物联网技术的出现给这种抄表方式带来了一些改变，供电公司不再需要安排电工师傅挨家挨户地抄表，只需要在电表中安装一些无线通信设备，即可实现对电表的自动记录，从而简化了抄表的流程，提高了收费效率，同时也降低了人工成本。相比传统的电表，智能电表在安全性、便捷性方面都有更好的表现，因此成为市面上主流的电表系统。
关键词：物联网技术；智能电表；系统方案设计
引言
目前智能电能表及采集终端在实验室检验方面都具有一套完善的检验标准体系，用于保证产品质量满足技术要求。然而，在现场复杂环境条件下，智能电能表及采集终端仍缺乏相应的测试手段和评价标准，导致运行可靠性和稳定性方面存在薄弱环节。智能电能表和采集终端设备在现场运行时会受到各种因素及突发事件的影响，即使在试验室检验合格的设备，也可能因复杂的现场环境而出现异常，导致计量偏差或性能下降等质量缺陷。因而提出了一种模拟实际环境的各种相对应方案，搭建一个可靠性试验平台，达到提前预知电能表可能发生的故障功能。
1智能电表
智能电表与传统电表最大的区别就在于，智能电表结合网络技术，通过网络技术能够实现用电信息的自动化收集。电表作为整个用电系统的终端设备和基础设备，只有保证了电表的正常工作和信息采集的准确性，才能保证整个用电系统的稳定发展。智能电表利用全电子式多功能技术，能够在数据信息收集的过程中，实现自动筛选和分类，在信息的传输过程中，智能电表采用信号传输的方式，不仅保证了传输的及时有效，同时也避免了机械电表数据的丢失情况。目前我国采用集中式抄表的模式，这种模式能够最有效的保证数据核实的高效，智能电表与集中式抄表的模式较为契合，通过将电网系统的主干线信息与智能电表联通，能够实现局域内智能电表的网络化，使得电力系统工作人员只需要利用网络软件就能够实现数据的收集，大大提高了工作效率。另外，智能电表能够进行场合等类别的设置，针对于不同用户能够选择不同的信息录入模式，这避免人工操作带来的误差，通过采用智能电表，还能够实现数据的实时共享，方便电力监管部门的检查和监控，从而及时发现存在的异常情况，提高电网系统的反应能力，降低电力公司的经济损失和风险性。(如图1)
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图1智能电表系统
2物联网技术的智能电表系统方案设计
2.1LoRa通信模块
LoRa是无线通讯LPWAN广域网技术的其中一种，就目前国内来看，LoRa的应用并不多。该项目采用的是深圳华普微电子有限公司生产的RFM98模块，其体积小巧，成本低且集成度高，在相同应用场合与发射功率条件下，距离是普通FSK模块的3倍以上。系统的网络通信节点主要由中继节点、会聚节点以及末端采集节点三部分组成，通过LoRa无线技术传输手段，实现各节点之间相互通信，并完成电能计量和数据交换；终端采集到的信息发送到会聚节点，然后通过网关传输到服务器上。中继节点的作用是当受到信号干扰等故障时能够保证其他节点之间持续稳定通信。LoRa集成了数字化扩频技术、数据分析处理功能和校正前端编码功能等。其中，校正前端编码是指在电表信息发送之前会添加部分多余或者重复的信息，除了能够提高系统的可靠性之外，还可以在信息发送过程中及时地修正外来的错误代码。过去比较常用的方式是工作中还需要添加一个数据包，使其能够完成自动修正错误代码的功能。这种方法不仅操作繁琐，还有可能因途径繁多冗杂甚至出现更多的代码错误。而矫正前端编码技术则是将所添加的数据包存放在扩频器中，能够有效地避免工作状态下错误代码的产生。
2.2显示模块选型
在显示电路中，常用LCD作为显示模块。在常规的工业场景中，常见的LCD有LCD1602和LCD12864。两款LCD的显示原理相同，都是通过LED的亮暗来驱动字符显示的。在LCD的内部会包含一个寄存器，外部驱动程序通过对寄存器的操作来实现不同字符的显示。在LCD的寄存器中，已经内置了常见的ASCII字符集，因此外部程序只需要输入对应的控制指令即可实现不同字符的显示。考虑到本文的系统只需要显示电能数据，需要显示的内容较少，因此采用价格更为低廉的LCD1602作为系统的显示模块。LCD1602是工业控制场景中常见的一款LCD，可以显示16×2个字符，常见于对单一内容的显示中，如煤气罐、门禁中。由于LCD1602可以显示两行的内容，外部驱动程序需要一路寄存器来控制行号，DATA引脚则控制寄存器的显示内容即可。
2.3自动抄表和信息双向反馈模块
抄表是将电表数据记录和收集的过程，随着我国电力系统现代化的不断发展，在抄表环节中从过去的人工抄表升级到当下自动且集中化的抄表模式，自动抄表能够有效的节约人力成本实现效率的提升。智能电表最大的优势就在于实现了信息的双向反馈，在基于智能电表的用电信息采集系统的设计中，能够将主站系统的数据，利用GPRS通信网，在集中器中予以过滤和筛选，以PLC电力线载波通信平台为转接平台，在入户时以多型转换器实现数据的集抄。智能电表用电信息采集系统还提供了检验数据的功能，通过读取终端日冻结数据，以检测脚本为基础，从而实现了数据的真实有效。电力公司根据用户的用电情况，能够及时的生成用电用户的用电日志，从而将电价、用电数据等信息完整的反馈给用电用户，用电用户在实际的生活中，也能够将用电情况和用电体会反映给供电公司，帮助电力公司制定更加合理的用电负荷调节数值，从而实现电力公司自身的良好发展。
2.4电网谐波干扰模拟模块
电网谐波干扰模拟模块用于模拟电网非线性负载产生的谐波干扰，该波形可能会对电表计量和电表电源产生影响。由于全隔离单相可控硅交流调压模块是集同步变压器、相位检测电路、移相触发电路和输出可控硅于一体，当改变控制电压的大小，就可改变输出可控硅的触发相角，即实现单相交流电的调压。因增强型全隔离单相可控硅交流调压模块适用于电流变化率（dv/dt）的场合，故谐波的模拟采用增强型单相可控硅调压模块DTY-H220D35进行模拟，同时选择合适的散热器进行散热。
结语
综上所述，电表作为电力系统的终端设备和基础设备，在用电计量方面发挥了重要的作用，要想促进我国电力系统的现代化发展，必须要注重采用智能电表，基于智能电表的用电信息采集系统，与当下的社会供电形势相吻合，从而帮助电力公司制定更加科学的收费标准和负荷值，从而不断实现电网系统的安全化、智能化发展，帮助电力公司实现经济效益的不断提高。
参考文献
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