自动抄表系统中载波路由模块的设计与实现

摘要

自动抄表(Automatic Meter Reading，AMR)系统是为了适应智能电网的信息化建设而迅速发展起来的，能够解决人工抄表中存在的耗费人力、误差大、实时性不强、不便于管理等问题，同时提高了电力部门供电和用电的管理效率。因此，自动抄表系统的发展具有重要的意义。
　　 电力线通信(Power Line Communication，PLC)由于其无需布线、覆盖范围广等优势，在自动抄表通信技术中具有广阔的发展前景。但是电力线信道的时变性、高噪声和高衰减等不利因素，严重影响了电力线载波通信的可靠性。因此在电力线网络的组网需要采用中继路由技术以提高网络的稳定性。
　　 本文重点研究载波路由模块，其作为低压电力线载波通信的重要组成部分，采用中继路由技术来实现低压电力线载波网络的组网和重构，并对网络进行管理和维护，保证了网络的可靠性和稳定性。本文分析了低压电力线载波信道特性、调制技术、低压配电网结构以及低压电力线抄表系统架构等低压电力线抄表的关键技术，并根据载波路由模块的功能需求，进行了模块整体方案的设计和芯片选型，详细阐述了载波路由模块的软硬件设计。在硬件设计中，提出了以MK20DN512ZVLK10芯片为核心的硬件框架，设计了各个功能模块的电路原理图，分析了芯片引脚功能，并对各原理图进行了详细的说明;在软件设计中，确立了以MQX操作系统和TFS文件系统为基础的软件设计方案，根据功能不同进行了模块化设计，提出了软件功能架构，然后针对不同的功能模块，详细设计了各功能实现的流程，重点分析了基于图论生成树的广度优先搜索组网算法和改进的广度优先搜索重构算法。
　　 在模块测试中，首先对于硬件的相关技术参数进行了严格的实验测试，然后针对载波路由模块和集中器之间进行数据交互的376.2协议进行了测试，最后通过虚拟电力线网络和厂房实验对载波路由模块的组网能力和组网稳健性进行了测试。以上测试结果均符合载波路由模块的功能需求，达到了设计目的，具有一定的工程实践意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 自动抄表系统概述

1．2 自动抄表系统中的通信技术

1．3 自动抄表系统中的载波路由模块

1．4 国内外的研究动态

1．4．1 国外的研究动态

1．4．2 国内的研究动态

1．5 本课题的研究背景和意义

1．6 本文研究的主要内容

第2章 低压电力线抄表系统关键技术分析

2．1 低压电力线信道特性分析

2．2 低压电力线载波调制技术分析

2．3 低压配电网的结构分析

2．4 低压电力线抄表系统架构分析

2．5 载波路由模块在低压电力线抄表系统中的作用

2．6 本章小结

第3章 载波路由模块的硬件设计

3．1 载波路由模块功能需求

3．2 总体设计

3．3 芯片选型

3．4 主控电路

3．5 FLASH电路

3．6 晶振电路

3．7 JTAG调试电路

3．8 串口电路

3．9 接口电路

3．10 本章小结

第4章 载波路由模块的软件设计

4．1 MQX操作系统及其移植

4．1．1 MQX操作系统

4．1．2 MQX的移植

4．2 TFS

4．3 软件功能架构

4．4 路由组网和路由重构

4．4．1 路由组网算法

4．4．2 路由重构算法

4．5 376．2规约解析和封装

4．5．1 规约介绍

4．5．2 帧格式判断

4．5．3 用户数据区解析

4．5．4 组帧

4．6 串口通信

4．6．1 集中器与载波路由模块的初始化交互

4．6．2 串口发送

4．6．3 串口接收

4．7 消息队列通信

4．7．1 接收消息

4．7．2 发送消息

4．8 定时抄表

4．8．1 定时抄表数据流图

4．8．2 定时抄表流程

4．9 本章小结

第5章 载波路由模块的测试

5．1 硬件调试与测试

5．2 376．2协议功能测试

5．2．1 测试平台的搭建

5．2．2 功能测试

5．3 虚拟电力线网络实验测试

5．4 厂房环境实测

5．5 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文

附录B 攻读学位期间所参与的科研及专利情况

附录C 载波路由模块实物图

附录D 部分路由设计源代码