家用用電信息采集表設(shè)計(jì)

家用用電信息采集表設(shè)計(jì)

Summary：國(guó)家電網(wǎng)制定的智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃中指出將全面建成統(tǒng)一的“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)電表作為智能電網(wǎng)的終端設(shè)備，為用戶提供更智能、更便捷的用電管理。NB-IoT通信技術(shù)是無(wú)線傳輸領(lǐng)域的一個(gè)新興技術(shù)，具有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低、架構(gòu)優(yōu)等特點(diǎn)，適用于不經(jīng)常移動(dòng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。因此NB-IoT通信技術(shù)運(yùn)用在物聯(lián)網(wǎng)電表上，將是物聯(lián)網(wǎng)電表發(fā)展的趨勢(shì)。0研究背景作為智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)相互融合的產(chǎn)物，隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)概念的提出，國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布《泛在電力物聯(lián)網(wǎng)白皮書2019》，將泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)分為兩個(gè)階段，重點(diǎn)構(gòu)建能源生態(tài)、迭代打造企業(yè)中臺(tái)、協(xié)同推進(jìn)智慧物聯(lián)、同步推進(jìn)管理優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)到2024年建成泛在電力物聯(lián)網(wǎng)[1]。并提出了《配電物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展白皮書》，實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)和配電網(wǎng)的融合，對(duì)配電物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的規(guī)?；こ虘?yīng)用和場(chǎng)景進(jìn)行推廣。智能用電、智能家居應(yīng)用，增加與用戶的互動(dòng)，提高用戶的生活質(zhì)量;其次，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的商業(yè)價(jià)值，比如商家可以針對(duì)不同電量的用戶生產(chǎn)銷售對(duì)應(yīng)的電氣設(shè)備;進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的應(yīng)用，最終現(xiàn)電氣互聯(lián)到信息互聯(lián)的轉(zhuǎn)變。泛在物聯(lián)網(wǎng)最大的目標(biāo)就是從電表、用戶、電網(wǎng)的互聯(lián)變成所有電氣設(shè)備與人的互聯(lián)即萬(wàn)物互聯(lián)[2]。物聯(lián)網(wǎng)電表作為智能電網(wǎng)的終端設(shè)備，通過(guò)WiFi、GPRS、以太網(wǎng)，RS485多種連接方式與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，監(jiān)控中心能實(shí)時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)監(jiān)控用戶用電狀況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，為用戶提供更智能、更便捷的用電管理。物聯(lián)網(wǎng)電表為了適應(yīng)智能電網(wǎng)，還集成了雙向多種費(fèi)率計(jì)量、用戶端控制、多種數(shù)據(jù)傳輸模式的雙向數(shù)據(jù)通信、防竊電等智能化功能，成就了專業(yè)高性能的“物聯(lián)網(wǎng)+電表”其中NB-IoT通信技術(shù)是無(wú)線傳輸領(lǐng)域的一個(gè)新興技術(shù)，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，也被叫作低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)。在200kHz的帶寬下可以提供10萬(wàn)個(gè)連接，具有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低、架構(gòu)優(yōu)等特點(diǎn)，適用于不經(jīng)常移動(dòng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。因此NB-IoT通信技術(shù)運(yùn)用在物聯(lián)網(wǎng)電表上，將是物聯(lián)網(wǎng)電表發(fā)展的趨勢(shì)。1項(xiàng)目?jī)?nèi)容隨著用電規(guī)模的增大與用電量的增加，電能計(jì)量表在電力工作中所起到的作用越來(lái)越關(guān)鍵，這是關(guān)系到群眾與企業(yè)共同利益的重要環(huán)節(jié)。但是在利用電能表進(jìn)行電能統(tǒng)計(jì)時(shí)，由于各方面的因素，總是會(huì)存在一定的計(jì)算誤差為了。解決現(xiàn)有電表存在電能計(jì)量不準(zhǔn)確、功耗高、通信受限的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種新型的物聯(lián)網(wǎng)電表。讓遠(yuǎn)程采集的數(shù)據(jù)更客觀、更準(zhǔn)確。通過(guò)電采系統(tǒng)，電力營(yíng)銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)能實(shí)時(shí)讀取客戶的電壓、電流、用電量等用電信息，通過(guò)大數(shù)據(jù)應(yīng)用為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)及時(shí)主動(dòng)解決低電壓等用電質(zhì)量問(wèn)題?？梢宰層秒姽收习l(fā)生時(shí)得到更快的響應(yīng)。物聯(lián)網(wǎng)智能電表還可以準(zhǔn)確分析出每臺(tái)電器每時(shí)刻的用電情況，結(jié)合智能家居控制系統(tǒng)。不僅能夠幫助找出高能耗的電器，還能夠根據(jù)電價(jià)政策及人為需求對(duì)家里電器的使用進(jìn)行智能、合理、經(jīng)濟(jì)的規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。技術(shù)方案包括物聯(lián)網(wǎng)電表以及網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，所屬物聯(lián)網(wǎng)電表包括控制器模塊、電源模塊、NB-IoT通信模塊、Flash存儲(chǔ)模塊、計(jì)量模塊、RTC模塊、顯示模塊、開關(guān)模塊以及通信接口，主處理器模塊通過(guò)串行數(shù)據(jù)端口與Flash存儲(chǔ)模塊、RTC模塊、計(jì)量模塊進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)電能數(shù)據(jù)的計(jì)量與存儲(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)電表通過(guò)NB-IoT通信模塊、通信接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)采用B/S模式進(jìn)行設(shè)計(jì)可通過(guò)網(wǎng)頁(yè)對(duì)電能數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)以及對(duì)物聯(lián)網(wǎng)電表進(jìn)行開合閘操作。窄帶物聯(lián)網(wǎng)(narrowbandinternetofthings,NB-IoT)技術(shù)指的就是基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其作為物聯(lián)網(wǎng)中一項(xiàng)重要的組成部分，通過(guò)利用蜂窩網(wǎng)絡(luò)，從而在有效完成對(duì)LTE,UMTS以及GSM等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行直接部署的同時(shí)，其消耗帶寬進(jìn)行有效控制。一般情況下，基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所消耗的帶寬不會(huì)超過(guò)180KHz，其不僅能夠?qū)崿F(xiàn)平滑升級(jí)，還能夠?qū)Σ渴鸪赡具M(jìn)行有效控制。作為當(dāng)前IoT領(lǐng)域當(dāng)中的新興技術(shù)之一，NB-IoT技術(shù)可以使得廣域網(wǎng)蜂窩數(shù)據(jù)同低功耗的設(shè)備進(jìn)行有效連接。隨養(yǎng)當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和通信需求的不斷增加，儀表智能化己成為通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，基于NB-IoT技術(shù)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)將成為“智慧城市”建設(shè)與發(fā)展中的重要組成。NB-IoT是一個(gè)新興的技術(shù)，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，也被叫作低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)。NB-IoT支持待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接要求較高設(shè)備的高效連接[3]。據(jù)說(shuō)NB-IoT設(shè)備電池壽命可以提高至少10年，同時(shí)還能提供非常全面的室內(nèi)蜂窩數(shù)據(jù)連接覆蓋,以其可以容納海量節(jié)點(diǎn)、覆蓋范圍廣、具有比CPRS更高效的網(wǎng)絡(luò)支持[4]在眾多技術(shù)中脫穎而出，應(yīng)用廣泛。NB-IOT技術(shù)(1）NB-loT的三種部署方式:獨(dú)立部署模式:可部署在獨(dú)立200KHz頻點(diǎn)，適合用于GSM頻段的重耕。保護(hù)帶部署模式:可以利用LTE系統(tǒng)中邊緣無(wú)用頻帶。載波帶內(nèi)部署模式:可以利用LTE載波中間的任何資源塊。(2)上行支持2種技術(shù)：兩種帶寬:3.75KHz(功率譜更大，覆蓋更好）；15KHz(速率高，時(shí)延小)。兩種模式:SingleTone(1個(gè)用戶使用1個(gè)載波，低速應(yīng)用);Multi=lone(1個(gè)用戶使用多個(gè)載波，高速應(yīng)用，只支持15KHz。(3)下行采用OFDMA15KHz。占用200KHz帶寬(兩邊各留lOKHz保護(hù)帶，實(shí)際占用180KHz)。子載波帶寬:15KHz;子載波數(shù)量:12[5]。(4)NB-IoT的組網(wǎng):NB-IOT終端:支持各行業(yè)的IOT設(shè)備接入，只需要安裝相應(yīng)的SIM卡就可以接入到NB-IOT的網(wǎng)絡(luò)中；NB-IOT基站:主要是指運(yùn)營(yíng)商已架設(shè)的LTE基站，從部署方式來(lái)講，主要有上面介紹的3種方式；NB-IOT核心網(wǎng):通過(guò)NB-IOT核心網(wǎng)就可以將NB-IOT基站和NB-IOT云進(jìn)行連接；NB-IOT云平臺(tái):在NB-IOT云平臺(tái)可以完成各類業(yè)務(wù)的處理,將處理后的結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)到垂直行業(yè)中心或NB-IOT終端；垂直行業(yè)中心：垂直行業(yè)中心既可以獲取到本中心的NB-IOT業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，也可以完成對(duì)NB-IOT終端的控制[6]。NB-IOT具備四大特點(diǎn):一是廣覆蓋，在同樣的頻段下，NB-IOT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益提高20db;二是具備支撐海量連接的能力，支持低延時(shí)敏感度、超低的設(shè)備成本、低設(shè)備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu);三是更低的功耗，NB-IOT終端模塊的待機(jī)時(shí)間長(zhǎng);四是更低的模塊成本[7]。NB-IoT提供了人與物、物與物之間的連接和信，德熟奮;交互，可以應(yīng)用在多種場(chǎng)景下。針對(duì)水表、電表、天然氣表等智能家居產(chǎn)品，配備智能終端芯片，可提供隨時(shí)抄表服務(wù)[8]。NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)覆蓋增強(qiáng)技術(shù)的重復(fù)傳輸性，在遠(yuǎn)程抄表傳感器系統(tǒng)中具有實(shí)質(zhì)性應(yīng)用。如將水表水量轉(zhuǎn)化為“電脈沖信號(hào)”進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與用水量(用戶存儲(chǔ)金額)扣除作用。2研究成果第一更加精確：智能電表作為一款智能終端可以接入互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行使用，其用電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步于供電方的服務(wù)器上，利用電腦記錄的方式在對(duì)用電量的統(tǒng)計(jì)上將會(huì)更加精確，不僅無(wú)法人工干預(yù)造成電表偷跑用電量虛高，也無(wú)法利用改裝等違法手段偷電省電，這種作用同時(shí)保障了供電用電雙方的合法權(quán)益。

第二更加安全：靠譜的智能電表在安全性上對(duì)比傳統(tǒng)電表有了大幅的提升，其擁有的過(guò)壓保護(hù)功能、自動(dòng)斷電功能都時(shí)刻保障著用電家庭的生命財(cái)產(chǎn)安全，特別是超高敏感度的特性可以精確地感知微小的電流漏電，在關(guān)鍵時(shí)刻及時(shí)切斷電源提供安全保障。這也是為什么更加推薦更換智能電表的原因之一。

第三更加方便快捷：售后服務(wù)規(guī)范智能電表可以實(shí)時(shí)記錄用電量并在電量接近耗盡之時(shí)通過(guò)響鈴告知用戶及時(shí)繳交電費(fèi)，而供電方也無(wú)需派遣專人定期抄表，只需要在后臺(tái)電腦端定期匯總片區(qū)用電數(shù)據(jù)即可方便實(shí)現(xiàn)電量使用統(tǒng)計(jì)，這無(wú)論對(duì)于用戶而言還是供電方而言都是極大的便利。所以推薦使用智能電表其實(shí)是更大化地方便供用雙方，同時(shí)也保障雙方的權(quán)益和安全。而且隨著“萬(wàn)物互聯(lián)”時(shí)代的到來(lái)，傳統(tǒng)電表的更新?lián)Q代也到了勢(shì)在必行的時(shí)刻，未來(lái)更多智能電表的投用將會(huì)為社會(huì)帶來(lái)更加方便快捷的新生活方式。Reference曾鳴，王雨晴，李明珠，等.泛在電力物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)及實(shí)