论文总字数：21212字

摘 要

无线电力抄表系统的主要功能是对计量点的电量进行自动采集、统计、处理、分析和结算,并且能够进行电能量考核。远程电能抄表终端主要负责各信息采集点的电能信息的采集、数据传输、数据管理以及使用或转发主控站下发的控制命令，是整个无线电表抄表系统的核心单元。

本项目需要设计并实现一个采用无线通信方式的抄表系统的远程电能抄表终端，即在智能电表和采集器间采用无线通信方式。

该远程电能抄表终端以STM32F103RB单片机为控制核心，以CC1101芯片为无线数据传输单元。通过RS485总线与智能电表相连，采集到的电表数据存储到EEPROM存储模块中，然后单片机定时读取EEPROM模块中的数据，利用无线数据传输单元，利用ZigBee无线技术将采集到的电表数据发送到集中采集器，从而实现了电表数据的远程采集。

本次设计的无线抄表终端，能够实现数据的自动采集，能够实现数据的存储。所设计的电路板，运行稳定，实现了设计目标。

关键词：抄表终端 STM32F103RB ZigBee

Design and Implementation of Remote Electricity Metering Collector

Abstract

The main function of the wireless power meter reading system of electricity metering points is automatically collected, statistics, processing, analysis and settlement, and capable of electrical energy assessment. Remote power meter reading terminal is responsible for all information gathering power information collection, data transmission, data management and the use or forwarding station issued under the master control command, is the core of the entire power unit collecting system.

The project to design and implement a wireless communication system for remote meter reading of electricity meter reading terminal, which uses wireless communication between the smart meter and the collector.

The remote electricity meter reading terminal to STM32F103RB microcontroller to control the core, CC1101 chip to transmit data units. Collected meter data via the RS485 interface is stored in the EEPROM memory module, then the microcontroller regularly read data EEPROM module using ZigBee module, the collected meter data sent via ZigBee network to a centralized collector, enabling meter data remote acquisition.

Wireless meter reading terminal of this design, it is possible to achieve automatic data collection, data storage can be realized. The design of the circuit board, stable operation, to achieve the design goal.

Key Words: remote electric energy collector; STM32F103RB; ZigBee

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 课题研究的背景 1

1.3 课题的研究现状及意义 2

1.3.1 课题的研究现状 2

1.3.2 课题的研究意义 2

1.4 本文所做的工作 3

1.5 本文的结构 3

第二章 抄表终端总体设计 4

2.1 抄表终端系统组成 4

2.2 无线电力抄表系统的特点 5

2.3 硬件总体设计 6

第三章 抄表终端硬件设计 9

3.1 抄表终端整体框架 9

3.2 电路主要芯片选用 9

3.2.1 STM32F103RB主控制器 9

3.2.2 CC1101无线芯片介绍 10

3.3 抄表终端原理图设计 11

3.3.1 单片机最小系统工作电路设计 11

3.3.2 电源模块电路设计 13

3.3.3 EEPROM模块工作电路设计 13

3.3.4 RS485接口电路设计 14

3.3.5 ZigBee无线模块工作电路设计 15

3.4 系统PCB设计 16

3.4.1 PCB板设计步骤 16

3.4.2 PCB板信息 16

第四章 抄表终端软件设计 20

4.1 抄表终端软件总体设计流程图 20

4.1.1 抄表终端软件功能需求分析 20

4.1.2 抄表终端软件总体设计流程图 21

4.1.3 系统初始化简述 22

4.1.4 开发软件介绍 22

4.2 串口发送和接收程序设计 22

4.3 CC1101主程序设计 24

4.4 定时器中断设计 26

第五章 抄表终端软硬件测试 27

5.1 抄表终端硬件测试 27

5.2 抄表终端软件测试 27

5.2.1 串口发送和接收测试 27

5.2.2 EEPROM存取测试 28

5.3 抄表终端整体测试 28

第六章 总结与展望 29

6.1 总结 29

6.2 展望 29

参考文献 30

致谢 32

第一章 绪论

1.1 引言

随着经济和科技的飞速发展，人民的生活方式和工作方式正在发生巨大的变化，各类家用电器和电子产品正在迅速地普及，对电能的需求也越来越大，如今电能已经成为人类社会最重要的一种能源。用电量的不断增加使得电力部门进行入户抄表的工作量大幅增加，抄表工作所耗费的人力物力不断增加，相应的成本也大幅增加，而且由于传统的人工抄表方式的各种局限性无法保证抄表数据的准确性和实时性，人工抄表的种种弊端日渐明显，对供电企业也带来了很大的损失。随着无线通信技术和电子技术的发展，为了适应现代抄表的各种需求，远程自动抄表系统应运而生。远程自动抄表系统很好地解决了传统人工抄表方式存在的诸多问题，能够节省大量的人力和物力，而且能够准确、实时、快速地上传电表数据，能进行远程控制，如今人工抄表的方式已经逐渐被自动抄表所取代。

1.2 课题研究的背景

目前，国内采用的抄表方式主要有传统的人工抄表和自动抄表两种。现有的抄表方式存在众多弊端，比如，有线抄表的线路容易老化；人工抄表不但成本高、效率低，又耗时耗力，已经不适应社会发展的需求了，而无线通信技术以及微电子技术又迅速发展。正是在这样的背景之下，利用无线通信技术的自动远程抄表新兴而起，逐步发展起来。现在的大型抄表系统一般是由计算机系统、集中器、抄表终端、无线网络以及智能电表等部分组成，利用无线网络技术，解决了传统抄表方式成本高、布线复杂等问题。本课题的研究目的是为了适应电力管理部门的需求，设计出一个基于ZigBee的电表抄表终端，使数据能准确并定时获取和上传。

抄表终端主要是完成电表数据的采集，所以它需要能够与多功能电表进行通信完成电表数据获取。另外采集器需要集成能够实现与集中器通信的无线网络传输模块，能够将采集到的电表数据通过ZigBee网络传送到集中器。所以完成抄表终端，需要正确选择通信方式，同时还需要正确选择控制系统进行自动通信。

1.3 课题的研究现状及意义

1.3.1 课题的研究现状

近年来，由于经济和科技的发展，市场对于自动抄表的需求越来越大，因而国内远程自动抄表系统的发展也比较迅速，到现在抄表系统结构已经经历了很大的发展。发展伊始，抄表系统只能实现很简单的抄电表的正向有功总电能的功能，随着电能表功能的不断扩展，抄表系统的功能也不断增加，到如今抄表系统已经能够完成实时的线损统计、计费、实时生成报表以及远程控制等功能。远程抄表系统在上行通信传送电表数据的方式上从一开始的利用Modem拨号方式，到现在已经发展到利用有线通信、无线通信接入Internet以及电力载波等混合应用方式。在下行通信采集电表数据的方式上，从开始的工业RS485总线方式，发展到现在利用蓝牙无线通信、ZigBee无线接入等方式。

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