基于蓝牙技术的电能计量系统设计与实现ppt课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基于蓝牙技术的电能计量系统设计与实现,作者：刘 南,导师：孙长海,2010年10月18日,基于蓝牙技术的电能计量系统设计与实现 作者：刘 南,1,论文的主要内容,一、电能计量系统,二、蓝牙技术研究,三、蓝牙电能计量装置设计,四、结论与展望,论文的主要内容,2,一、电能计量系统,电能计量系统是发电厂、供电企业及其他部门用于衡量自身和客户电能消费数量的计量仪器和抄表仪器的总称。它包括各种类型电能表，计量用的电压、电流互感器及其二次回路、电能计量柜、箱和手持抄表器、IC卡及抄表数据远程传送装置等。,电能是国民经济和人民生活极为重要的能源，电气化程度和管理现代化水平是衡量一个国家发达与否的重要标志。电力生产的特点是发电厂发电、供电部门供电、用户用电这三个部门连成一个系统，不间断地同时完成。发、供、用电三方如何销售与购买电能、如何进行经济计算，直接关系到电力系统发电量、线损、煤耗、厂用电、供电量、用电量等各项技术经济指标的计算，同企业效益息息相关。因此，采用各种方法，提高电能计量的正确性，保证抄表人员能够按照约定的抄表例日抄回计量装置所统计的电量对发、供、用电三方有着重要的意义。,一、电能计量系统 电能计量系统是发电厂、供,3,1、用户电能计量方法,按规定，大连供电公司每两月按例日对居民用户进行一次电能计算，每月按例日对非居民用户进行一次电能计算，并以此为依据计算电能损耗，向用户收取电费，电能计算主要有三种方式：,（1）人工抄表计量,抄表人员手持便携式抄表器到客户装表处，抄出电能表示数。这是最为古老的方式。,（2）IC卡抄表计量,采用预付费式，用户先用卡购电，然后才能使用。这种方式在大连的城市地区广泛使用。,（3）远程自动抄表计量,电能用户的用电量通过计量仪表计量后，由采集器采集，采集器通过网络传输到电力部门的管理中心。,1、用户电能计量方法 按规定，大连供电公司每两,4,远程自动抄表计量方式的局限性,（1）远程抄表需要额外安装集中器和GPRS远传装置，每年需向电信公司支付一定数额的数据传输费用，大连地区目前每年此项费用达到上千万元，过高的成本支出限制了它的大规模普及；此外，GPRS远传装置费用较高，设备需要单独的空间放置，对城市集中表箱比较适应，集中表箱中至少有六块表，一个集中器同时传输六块表的数据分摊了成本，但农村地区平房计量装置表箱较小，不更换表箱，就无法安装集中器；同时一个集中器只能传输一至两块表数据，成本较高，经济性较差。,2、电能计量方式的局限性,远程自动抄表计量方式的局限性2、电能计量方式,5,（2）远程抄表的表计485接口和集中器之间信号传输受电磁干扰等问题影响，有一定的可靠性问题，据统计，每次远传数据，都有大约10的表计数据无法上传，为确保用户电量及时抄回，不影响电量损耗统计分析，必须进行人工补抄。,由于远程抄表有自身的局限性，因此，灵活性较高、适应性较强的人工电能计量方式仍是目前必不可少的计量方式。,2、电能计量方式的局限性,（2）远程抄表的表计485接口和集中器之间信号传输,6,人工抄表计量方式的局限性,（1）抄表人员使用抄表器进行电能计量时，读出表计示数后须键入抄表器，按键错误会导致抄表错误；农网地区大量表计位于电线杆上3米高的地方，表箱视窗受风吹日晒影响，污秽较多，示数读取困难，登杆抄表费时费力，还有可能发生安全问题。,（2）红外线电能计量时，抄表人员须将抄表器红外端口对准表计红外端口，中间不能有障碍物，若因环境限制（如表计位于狭窄通道中），则无法进行抄表。,（3）IC卡电能计量时，抄表人员须将IC卡插入表中电卡插槽，若表计位置不当（如位于封闭室内），就难以抄表。,2、电能计量方式的局限性,人工抄表计量方式的局限性2、电能计量方式,7,3、研究新的抄表技术手段的必要性,企业降低电能损耗工作要求电能计量系统准确、及时、可靠和方便地计量、传输电能数据，同时为防止抄表人员不按例日随意抄表产生电量纠纷，供电企业对例日管理愈来愈严格，所有用户例日均被计算机严格控制，国家电网公司规定：居民客户实抄率达99%以上，其他客户实抄率要达到100%。但是，目前的电能计量方式受技术条件限制，均有一定的不足，影响了抄表工作的正常开展，因此，有必要引入新的技术手段，改善现有电能计量系统的不足，提高电能计量系统的性能，方便抄表工作，推动供电企业营销管理工作深入开展。,3、研究新的抄表技术手段的必要性 企业降低电能损,8,3、,对新的抄表技术的研究,新的抄表系统应该具有以下特点：,1、数据传输性能好，适应城市、农村不同的工作环境，方便抄表，可以穿越障碍物无线全向传输数据，确保抄表人员在不登高作业的情况下就可以抄到电杆上的表计示数。,2、成本不高，具有良好的经济性。,3、功耗低、辐射低，环保性能好。,4、易于使用，数据传输准确、可靠。,5、同现有的电能计量设备（如电能表、抄表器）有良好的兼容性，可以很方便的整合到现有的电能计量设备之中。,3、对新的抄表技术的研究 新的抄表系统应该具,9,3、,对新的抄表技术的研究,目前主要的无线传输技术手段有两种：射频和红外线。红外线技术目前发展地非常成熟，开发成本低，价格低廉，但是，红外线只能进行直线数据传输，不能全向传输数据，不符合上述要求，因此选择射频技术。射频技术中，蓝牙技术发展得比较好，应用广泛，蓝牙模块体积很小，采用CSR芯片的V2.0+EDR蓝牙适配器体积只有22*18*7mm，仅比手指甲大一点。低功耗，成本低，普通蓝牙芯片价格只有6.9元人民币，辐射低等特点，因此，蓝牙技术适用于开发新的电能计量系统。,3、对新的抄表技术的研究 目前主要的无线传输技,10,4、,蓝牙技术对电能计量系统局限性的改进,蓝牙技术对远程抄表局限性的改进,远程电能计量系统可靠性问题的主要原因是：居民表将电能数据传到集中器主要采用低压电力线载波通信技术。在发送数据时，先将数据调制到高频载波上，经功率放大后耦合到电力线上。此高频信号经电力线路传输到接收方，接收机通过耦合电路将高频信号分离，滤去干扰信号后放大，再经解调电路还原成二进制数字信号。由于接收机无法完全消除电力线负荷电流对信号传输的干扰作用，造成信号传输不稳定，而且负荷电流愈大，信号愈不稳定。若改用蓝牙技术，电能数据不经低压电力线直接无线传输到集中器，则能有效解决信号干扰问题。,4、蓝牙技术对电能计量系统局限性的改进,11,4、,蓝牙技术对电能计量系统局限性的改进,蓝牙技术对人工抄表局限性的改进,抄表人员使用蓝牙抄表器抄表时，工作效率和抄表质量将极大提高。蓝牙抄表器可直接搜索到附近区域表计，自动进行抄表，特别是位于电线杆上的表计和封闭室内（院内）的表计，抄表人员不需要爬杆或联系户主进入室内（院内），只需接近到抄表有效距离，就可进行抄表，这一点，对提高农网地区平房电能表计的抄表质量，保证抄表人员的人身安全尤为有效。,4、蓝牙技术对电能计量系统局限性的改进,12,二、蓝牙技术研究,蓝牙工作在全球通用的24GHz ISM频段。为了保证在噪杂的无线环境中安全可靠地工作，蓝牙特别设计了“快速确认”和”跳频”方案以确保链路稳定。与其他工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，从而使蓝牙比其他系统都更稳定。,蓝牙系统支持两种连接，即点对点连接和点对多点连接，这样形成了两种网络拓扑结构：微微网(Piconet)和散射网络(scatternet)。在一个Piconet中，只有一个主单元(Mater)，最多支持七个从单元(slave)与Master建立通信。,蓝牙技术传送的三种功率类型为：100 mW，25mW和1mW。100mW的辐射距离是100m。,综合以上分析，蓝牙技术具有良好的设备兼容性和环境适应能力，为不同设备之间的数据传输带来极大的便利，可以广泛地应用于工程领域。,二、蓝牙技术研究 蓝牙工作在全球通用的24GHz,13,1、蓝牙协议栈,蓝牙规范的核心部分就是协议栈。这个协议栈允许设备定位、互相连接并彼此交换数据，从而在蓝牙设备之间实现互操作性的交互式应用。蓝牙协议体系可以分为四层，包括核心协议层、替代电缆协议层、电话抨制协议层和选用协议层，每一层还包含一些具体的协议：,（1）核心协议层：基带（BB）、链路管理协议(LMP)、逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)、服务发现协议(SDP)；,（2）替代电缆协议：串行电路仿真协议(RFCOMM)；,（3）电话控制协议：二元电话控制规范(TCS Binary)与AT命令(AT-command)；,（4）选用协议：点到点协议(PPP)、用户数据报传输控制协议互联网协议(UDPTCPIP)、目标交换协议(0BEX)、无线应用协议(WAP)、无线应用环境(WAF)、vCard、vCal。,1、蓝牙协议栈 蓝牙规范的核心部分就是协议栈。这个,14,1、蓝牙核心协议,蓝牙的核心协议由基带、链路管理、逻辑链路控制与适应协议和服务发现协议等四部分组成。从应用的角度看，射频、基带和LMP可以归为蓝牙的低层协议，它们对应用而言是十分透明的。,（一）基带协议,基带协议确保各个蓝牙设备之间的物理射频连接，以形成微微网。,（二）链路管理协议,链路管理协议不但负责蓝牙各设备间链路的建立和控制。还用于安全方而的鉴权和加密.另外还可以控制无线部分的能量模式和工作周期、微微网内各设备的连接状态。,1、蓝牙核心协议 蓝牙的核心协议由基带、链路管理、,15,1、蓝牙核心协议,（三）逻辑链路控制和适配协议,逻辑链路控制与适配协议完成基带与高层协议间的适配，并通过协议发用、分割及重组操作为高层提供数据业务和分类提取。,（四）服务发现协议,服务发现协议(SDP)是蓝牙技术框架中非常重要的一个部分，它是所有应用模型的基础。任一蓝牙应用模型的实现都是利用某些服务的结果。,（五）替代电缆协议,串口是今天在计算机终端和通信终端设备上最常用的通信接口之一.大多数的串行通信都具有一条电缆，在串口之间传输数据。蓝牙大线通信的目标是替代电缆，支持串行通信及其相关应用是电缆替代使用模型的重要特征。,1、蓝牙核心协议 （三）逻辑链路控制和适配协议,16,1、蓝牙核心协议,（六）电话控制协议,电话控制协议(TCS)包括二进制电话控制(TCS BIN)协议和一套电话控制命令(AT-Commands)。其中，TCS BIN定义了在蓝牙设备间建立话音和数据呼叫所需的呼叫控制信令；AT commands则是一套可在多使用模式下用于控制移动电话和调制解调器的命令，它由蓝牙SIG组在ITU-TQ931的基础上开发而成。,以上为蓝牙核心协议，蓝牙硬件通过核心协议，实现数据传输功能，并体现其技术特点。蓝牙核心协议通过与点对点协议（PPP）、用户数据报协议/传输控制协议/万维网协议（TCP/UDP/IP）、对象交换协议（OBEx）和天线应用协议（WAP）等选用协议的共同使用，可以顺利地实现与互联网、移动电话和蓝牙终端机之间的数据交换。,1、蓝牙核心协议 （六）电话控制协议,17,2、蓝牙硬件模块,在蓝牙核心协议中，HCI 以上部分通常用软件实现，包括逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）、串行电路仿真协议（RFCOMM）、链路管理协议(LMP)、替代电缆协议和电话控制协议；而HCI以下部分则用硬件实现，包括基带协议（BB）和链路管理协议(LMP)，这部分也叫作蓝牙协议体系结构中底层蓝牙硬件模块。,蓝牙硬件模块主要由射频(RF)单元电路、基带层(base band)电路和链路管理层(LMP，Link Manger Protocol)电路组成。,2、蓝牙硬件模块 在蓝牙核心协议中，HCI 以上,18,2、蓝牙硬件模块,（1）射频(RF)单元,RF单元电路为蓝牙技术提供了通信中物理层，也叫作蓝牙收发器，通过2.4GHz 微波，实现数据流过滤和传输。蓝牙协议提供了有关蓝牙收发器各项技术指标。,（2）基带层电路,基带层提供了基带数字信号处理硬件，其功能是提供链路控制，因此也叫作基带及链路控制层电路。通过基带层电