基于用电信息采集系统的反窃电措施研究与应用计算机专业.doc

基于用电信息采集系统的反窃电措施研究与应用 中文摘要 随着国家电力系统体制改革工作的逐渐推进，用电网络急剧膨胀，大大加剧供电企业的管理任务。本文基于高速发展的计算机技术、超大规模集成电路和通讯技术，设计了一种可以提高供电企业的反窃电能力并能及时有效且准确无误地收集、统计及分析大用户用电量的反窃电无线远程报警及抄表一体化采集系统，来满足市场的需求。 本文基于电能表的计量原理对窃电手段进行了深入的研究，提出采用在用户的高压侧和低压电能表侧同时采集信号的方式来判断用户是否窃电。同时基于电子技术的高速发展，本文提出采用通用分组无线业务（GPRS）和短消息业务（SMS）两种方式进行抄表数据和报警信息的无线远程传输的方法。 考虑TCP/IP协议开发比较复杂且系统设计时间较短的限制，系统硬件模块实现采用自主研发与使用现有的模块相结合的方式：自行设计的硬件部分包括窃电报警，继电器控制，电量采集和数据传输控制等模块。无线通信GPRS模块使用Sony Ericsson 公司内嵌TCP/IP协议的GR47实现。 软件部分主要包括微控制器的功能实现以及监控中心软件的实现，采用C/S体系结构技术和Win socket网络通信技术开发。软件具有较高的可靠性和效率，并保证不同平台和不同操作系统之间的通用性。 本系统主要用于供电企业对大用户系统进行反窃电实时监控和远程抄表。系统通过软硬件联合调试，及在用电量大户的实际应用测试，基本达到了实时性高、传输安全可靠等设计要求，在中小数据量的数据传输中具有很好的经济效益。 关键词：反窃电，自动抄表，GPRS，短消息，Win socket网络 Research and Application Anti-stealing Electricity Measures based on Electricity Information Collection System Abstract With gradually driving of reformation policy of National Electrical System，the electrical net is expanding rapidly to aggravate the task of electrical supply management. Based on the development of Computer and Communication technologies，the wireless remote alarming of anti-stealing electricity with integration of the reading meter system is designed to improve the ability of anti-stealing electricity and collect the user power consumption timely. A method is designed to acquire the signals of power consumption and meter recording to judge whether stealing electricity. This integration system makes use of GPRS and SMS to transmit the electrical meter data and alarming message. The hardware design adopts self-designed and existed modules because the TCP/IP protocol is complicated and the period of system is short. The self-designed modules include stealing electricity alarming，relay control，power acquisition and data transmission control. The GPRS module is realized by the GR47 of Sony Ericsson. The software mainly includes the realization of microprocessor and control center interface. The usages of C/S architecture and socket technologies make the system reliable，efficient and universal in the different platform and different operate system. This system presented in this thesis is applied to great power consumers. By integrated test of hardware and software and the practical application，the system satisfies the request of customers. At the same time reliabilityand real-time is also fully considered. Key words： Anti-stealing Electricity， Automatic Meter Reading， GPRS， Short Message Service， Winsock 目 录 中文摘要 I Abstract II 目 录 III 第一章 引言 1 1.1 课题的研究背景 1 1.2 自动抄表与反窃电技术发展现状 2 1.3 本文的主要内容及结构安排 5 第二章 相关技术分析 6 2.1 电能计量原理 6 2.2 反窃电方式技术研究 8 2.2.1 主要窃电方式分析 8 2.2.2 反窃电技术分析 10 2.3 GPRS无线通信技术 12 2.3.1 GPRS相关特征 13 2.3.2 GPRS网络结构 13 2.3.3 GPRS业务解决方案 14 2.4 Socket 网络编程技术 18 2.5 本章小结 19 第三章 无线反窃电自动抄表系统设计 20 3.1 系统设计原则与步骤 20 3.1.1 系统设计原则 20 3.1.2 系统方案设计步骤 21 3.2无线反窃电系统总体架构 22 3.2.1系统功能构成 22 3.2.2 系统体系结构 22 3.3 系统方案设计 23 3.3.1 系统硬件方案 23 3.3.2 系统软件方案 26 3.4 本章小结 27 第四章 终端采集器的硬件设计 28 4.1 采集器功能及硬件组成 28 4.2 反窃电信号检测电路设计 29 4.3 RS-485与PIC单片机的接口设计 30 4.4 MCU振荡与复位电路 31 4.5 电源设计 32 4.6 接口电路设计 32 4.6.1 GR47与PIC单片机的接口设计 33 4.6.2 SIM卡接口电路 34 4.7 硬件抗干扰措施 34 4.8 本章小结 35 第五章 监控中心软件设计 37 5.1 软件开发平台及工具 37 5.2 软件功能 37 5.3 软件设计流程 38 5.4 接口软件设计 40 5.4.1 RS-485与PIC18F6620接口软件设计 40 5.4.2 接口软件设计 42 5.5 软件抗干扰措施 46 5.6本章小结 46 第六章 系统运行情况与测试 48 6.1系统测试及运行情况 48 6.1.1 GPRS连接的测试 48 6.1.2 短消息终端的测试 50 6.1.3 反窃电远程报警的测试 51 6.2 运行情况及问题解决 53 6.3效果分析 54 6.4本章小结 54 第七章 总结与展望 55 7.1 全文总结 55 7.2 展望 55 参考文献 57 附录 60 致 谢 61 个人简历 62 - V - 第一章 引言 1.1 课题的研究背景 反窃电自动抄表是指采用计算机网络、超大规模集成电路和通讯等技术对用户的用电状态进行实时在线监控，并自动读取和处理表计数据。随着计算机网络的迅猛发展，反窃电自动技术的出现已成为了一种必然，它能够推动相关能耗部门高效发展。这种反窃电自动抄表技术具有明显的优势：不仅节约了大量的人力资源，还大大提高了表计数据的准确度。同时，用电管理部门也能在第一时间获取准确的数据信息[1]。 电力是我国最重要的能源，由于经济利益的驱使，采用各种技术手段进行非法窃电的现象经常发生[2]。尤其在三相电能表的计量中，通过改变相序、切断相电源、使用大电流倒表器、私自更改电流互感器或使用高电压倒表器等窃电方式时有发生[3]。由于目前反窃电技术水平较低，且窃电方式多样化，严重地损害了电力企业的利益，为此，本论文采用单片机研制了能实时对三相电用户的用电状态进行监视并在发生非正常用电时进行报警的装置。 同时，长期以来，我国的抄表方法都以人工抄表为主，需抄表员到现场手动抄表。然而，人工抄表是我国能耗部门一直存在着的难题，具体可以对归纳为：一、入户难。大多数的用户不希望被打扰，并且抄表工作的进行仅仅局限于居民早晚的休息时间段内，这导致了对于有些用户，必须频繁上门才能保证收齐数据，给能耗部门的工作人员带来了极大的麻烦；二、人力薪酬支出高。例如在某地区的农村，大概有10万多的用户，相应地，所需抄表人员将近60人，那么年度支出费用就会高达100万元。城市化的进程逐步加快，与此同时，抄表人员的数量及其薪资也随之增加，导致费用支出的进一步扩大；三、抄表时间的不同步性。由于普遍存在用户分布广和数量大的问题，导致抄表时间的冗长，进而造成抄表时间的不同步性，从而使得计算线损的准确度降低；四、抄表工作的强度大。尤其当在高层楼房开展工作时，难度更大，工作更为繁重。综上所述，自动抄表系统的产生成为了一种必然[4]。 自动抄表的相关技术适应了技术和社会的发展趋势，在反窃电应用中得到了普遍的认可。这不仅因为国家政策的支持，人们对家居条件要求的提高，更是因为反窃电自动抄表技术有着人工抄表无法比拟的优点，譬如能有效的打击非法窃电的不良行为，维持正常供用电秩序，保证了供电企业各项考核指标的完成，并保护了供电企业的利益，抄表准确，数据传输可靠，智能化，低成本等。 因此，该行业需求极大且得到了迅速发展，不少国内企业积极组织并研制反窃电远程抄表技术。不过因为起步较晚，仍然存在着很多不成熟、不规范的地方。相反地，在美国、英国、日本等发达国家都基本实现了远程自动抄表技术的全部覆盖[5][6]。 为了减少与国际先进水平的差距，适应抄表技术的未来发展方向，有必要加强对反窃电自动远程抄表的研究。本论文基于对目前反窃电技术及抄表技术的研究，提出采用在用户的高压侧和低压电能表侧同时采集信号的方式来判断用户是否窃电及采用通用分组无线业务（GPRS）和短消息业务（SMS）两种方式进行抄表数据和报警信息的无线远程传输的方法，具有反窃电能力强，实时性高，抄表准确，数据传输可靠及成本低廉等特点，可满足供电部门对抄表的性能要求。 1.2 自动抄表与反窃电技术发展现状 国内目前流行的抄表模式大概有三种：第一种是抄表人亲自到用电住户那里将用电数据带回供电部门，并将抄录的数据存入电脑进行处理的传统抄表模式；第二种是用电住户在银行直接缴费或者利用仪表管理部门发放的磁卡、IC卡等进行缴费，从而使抄表人不用直接上门抄表的提前付费