廣東省輸變電工程公司 邱慶鋒

基于RFID的智能電表的研究與實現(xiàn)

廣東省輸變電工程公司 邱慶鋒

目前的售電公司針對用電用戶一般采用發(fā)卡和收卡來實現(xiàn)售電管理，但電力計量表存在數(shù)量龐大、分布廣等特點，傳統(tǒng)的人工管理存在較大困難。本文將RFID技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)電表中，使得電表的管理達(dá)成智能化、高效化。

無線射頻天線；讀寫器；RFID標(biāo)簽；智能電表

0 引言

目前的售電公司針對用電用戶一般采用發(fā)卡和收卡來實現(xiàn)售電管理，人工抄表采用讀取條形碼的方式識別出電表ID，數(shù)據(jù)的采集和錄入采取手工操作，效率低下、差錯率高。隨著智能電網(wǎng)在中國迅速發(fā)展，智能電網(wǎng)能將能源生產(chǎn)和分配最佳整合，在發(fā)電企業(yè)與用戶之間形成柔性供應(yīng)鏈，促進能源分配最優(yōu)化。本文將RFID技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)電表中，使得電表的管理達(dá)成智能化、高效化。

1 基于RFID的智能電表組成

基于RFID的智能電表包括由上位機(預(yù)付費電能表管理系統(tǒng))和下位機(基于RFID的相電能表)構(gòu)成的主從式結(jié)構(gòu)。智能電能表包括計量采集和數(shù)據(jù)存儲、傳輸功能，以ARM處理器為核心實現(xiàn)采集、計量和對用戶負(fù)載進行監(jiān)控，上位機管理系統(tǒng)采用后臺機在線值班模式，實時的對上傳數(shù)據(jù)進行顯示、分析和計費管理，射頻卡以無線射頻天線為載體，以RFID射頻方式從上位機和智能電表二者之間進行信息交換。

基于RFID的智能電表系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示：

圖1 基于RFID的智能電表系統(tǒng)總體架構(gòu)

智能電表總體框架：

智能電表整體框架包括：ARM主控單元部分，存儲系統(tǒng)，通訊接口，射頻收發(fā)電路，LCD和觸摸屏等6個部分組成。ARM主控單元是整個硬件系統(tǒng)的核心，除了完成所有的邏輯運算和控制功能外還存儲用戶數(shù)據(jù)，此外保留了通訊接口和其他功能模塊的協(xié)議接口。射頻收發(fā)電路包括射頻發(fā)送和射頻接收電路，射頻發(fā)送電路用來發(fā)送讀寫器到RFID標(biāo)簽的射頻信號；射頻接收電路用來接收天線端傳來的標(biāo)簽信號，再將該信號送入ARM微處理器進行處理。電子標(biāo)簽將數(shù)據(jù)存儲在起來，讀寫器通過訪問射頻收發(fā)器單元實時讀取標(biāo)簽的信息。

2 讀寫器控制單元設(shè)計

讀寫器被設(shè)置在上位機上，通過無線方式與RFID標(biāo)簽進行數(shù)據(jù)交互，當(dāng)待抄表的計量表已通過上位機正常識別，數(shù)據(jù)傳輸無異常時，讀寫器狀態(tài)正常；如發(fā)生通訊異常時，讀寫器發(fā)出警報信息，同時狀態(tài)顯示在哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題。同時讀寫器的設(shè)計考慮了與企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)的連接，可以通過以太網(wǎng)端口或Wifi接口連接到企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。具體的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 讀寫器的硬件結(jié)構(gòu)圖

3 基于RFID的電子標(biāo)簽設(shè)計

智能電表是針對用戶層面的一種電力終端表計，我們將RFID電子標(biāo)簽附著于電表上，電子標(biāo)簽如圖3所示。

圖3 電子標(biāo)簽圖

在電力終端設(shè)備的設(shè)計中加入RFID接口，智能讀卡器往往可以脫離PC管理機工作。智能讀卡器是主動操作的，只要RFID射頻卡進入讀卡器大致射頻能量范圍，智能讀卡器便可讀寫卡中相關(guān)指定扇區(qū)的數(shù)據(jù)這樣通過移動讀寫器可以將信息通過RFID無線直接傳輸?shù)娇刂浦行摹?/p>

4 基于RFID電力終端軟件體系結(jié)構(gòu)

基于RFID電力終端軟件主要由通信管理部分、數(shù)據(jù)處理部分、數(shù)據(jù)采集部分、人機界面、負(fù)控管理、系統(tǒng)管理等部分組成；按層次分主要有通道層、規(guī)約層、數(shù)據(jù)層、任務(wù)層、表計接口層等；通信管理部分主要包含通道層和規(guī)約層，數(shù)據(jù)采集部分主要包含數(shù)據(jù)層、任務(wù)層和表計接口層，如圖4所示：

圖4 電力終端軟件體系結(jié)構(gòu)

當(dāng)主功能模塊收到RFID天線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后，后臺軟件會對這些數(shù)據(jù)做一系列的處理，這些處理包括：數(shù)據(jù)檢驗、數(shù)據(jù)過濾、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理。在RFID數(shù)據(jù)經(jīng)過校驗后，會將正確的數(shù)據(jù)傳送給后續(xù)處理模塊—數(shù)據(jù)過濾模塊，數(shù)據(jù)過濾模塊會對收到的重復(fù)信息或冗余信息進行過濾操作；經(jīng)過過濾的數(shù)據(jù)再送到數(shù)據(jù)分析模塊，分析模塊會對收到的信息進行分類，依據(jù)數(shù)據(jù)的類型將數(shù)據(jù)送到相關(guān)應(yīng)用處理模塊中進行處理。以上所有功能模塊通過通用模塊和用戶可定制模塊實現(xiàn)。通用模塊完成基本的必須的系統(tǒng)功能，用戶模塊是針對用戶的不同需求，作為對系統(tǒng)的一個擴展，用戶如果有需要可以增加他們的用戶模塊。

[1]李文升.220kV GIS用電子式電流電壓互感器在午山數(shù)字化變電站中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2010,5.

[2]張怡.IPv6無狀態(tài)地址自動配置在UMTS中的仿真[D].電子科技大學(xué)學(xué)位論文,2005:16-20.

[3]劉鷹.RFID預(yù)付費智能電表系統(tǒng)中的安全問題[J].機電信息,2010,36(2):41-42．

[4]戴蕭嫣.局域多基站水聲定位信號的模式設(shè)計與仿真[D].太原:中北大學(xué),2007．

[5]李強.非平穩(wěn)信號特征提取新方法和實用診斷技術(shù)的研究[D].天津:天津大學(xué)機械工程學(xué)院,2009．

邱慶鋒（1988-），本科，就職于廣東省輸變電工程公司，主要研究方向為變電站調(diào)試、智能電網(wǎng)。