基于无线通信的电力抄表系统设计开题报告

 2023-10-16 08:51:21

1. 研究目的与意义

随着21世纪科学技术的全面普及和智能化的高速发展,人民对居住、生活、工作等方方面面的客观环境的智能化水平的需求也随之提高,进而导致社会上涌现出各种各样的智能化商业住宅小区。但从另一方面而言,对公共事业服务部门的角度看,智能化商业小区的出现将导致在现实工作中上门收费难度大、抄读表数据难、传输及时性和数据准确性等技术问题的出现,此时也需要利用新技术给此类问题提供技术支持与可靠保障。伴随着电子技术与计算机技术长足快速的发展,一项自动抄表技术的实现为此类瓶颈问题提供了充分的技术支持。

自从二十世纪九十年代,我国加大力度研究全电子式电能表,并在此方面获得了不错的进展,当前我国的抄表系统依据其实现通信方式的不同可以划分为掌上、有线和无线三个类别。
(1)掌上抄表系统。这种方式需要抄表部门派出人手挨家挨户的使用掌上抄表器读取各家的数据,由于人力的参与,此种方式很大程度上降低了抄表系统自动化的程度。
(2)有线抄表系统。此类抄表方式依赖于事先铺设的有线线路。定时对各户的数据进行读取,很显然这增加了难度和费用。虽然自动化水平有所提高,但是另一方面却降低了抄表系统应用的自适应性,客观条件的约束限制了此类系统的应用和推广。当前市面上铺设的有线抄表系统存在众多的隐患,由于有线线路复杂度将直接影响到该系统维护和测试,随着时间的流逝,裸露在室内外的线路会出现老化现象,更严重的会出现断路和短路现象。

(3)无线抄表系统。此类抄表方式采取了无线数据收发传输仪器,相比于掌上抄表系统和有线抄表方式具备更加明显的优势。无线系统的结构非常简单,不需要为此系统特别的铺设线路,节省了大量的物力和人力,并且解决了功能单一、结构简单、准确率低、实时性差、费时费力等这些传统模式里的缺陷。同时,采用计算机技术和远程通信技术对用户耗电情况实时进行监控和收集,对电力系统管理决策、经济效益、自动化信息水平等发挥起着举足轻重的作用。

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2. 研究内容和预期目标

主要研究内容:

设计一个基于lora等无线通信技术的电力抄表系统,采集节点,无线通信模块,上位机等部分,通过电能质量采集模块采集电能质量参数(电压、电流、功率、用电量等)并通过无线通信模块将采集的电能信息汇集到上位机上进行显示管理。采集节点由电表测量、主控芯片、有线通信模块、无线通信模块、显示模块、按键模块以及电源模块组成;无线通信模块主要实现采集数据的远距离传输;上位机主要是将无线通信模块传输的电能信息在电能上面进行实时的显示,处理等。

预期目标:

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3. 研究的方法与步骤

研究方法:

1) 查阅各类相关书籍,初步设计一个基于无线通信的电力抄表器。

2) 根据课题设计的要求,对系统的总体设计框架进行大致的设计,如下图所示,采集节点主要负责电能数据的采集,选择了STM32F103C8T6这款单片机,外接一个电表采集的模块,负责将电能的数据进行采集,显示模块将采集到的数据进行实时的显示,置零模块可以将累计的用电量进行清零功能,lora模块负责远程的无线通信。电脑端也接一个lora模块,电脑端的lora模块与CH340(USB转串口芯片)连接,将无线传输的电能数据在上位机进行显示,汇集,管理。

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4. 参考文献

[1] Y. Wang, Q. Chen, T. Hong and C. Kang. Review of SmartMeter Data Analytics: Applications, Methodologies, and Challenges[J].IEEETransactions on Smart Grid, 2019,10(3):3125-3148.

[2] 周辰飞. 基于多智能体异构网络的电力集中抄表系统的研究[D].合肥工业大学,2013.

[3] 刘晓丽. 电力无线抄表系统中WSN分簇路由协议研究[D].重庆理工大学,2020.

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5. 计划与进度安排

(1)2024-02-20~2024-03-05 查阅技术资料,确定研究内容和系统架构,撰写开题报告;

(2)2024-03-06~2024-03-29 系统算法的设计和仿真验证;

(3)2024-03-20~2024-04-9 结合总体架构,完成传感器选型、系统硬件功能分析和设计;

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