基于RFID的智能电表的研究与实现

广东省输变电工程公司 邱庆锋

基于RFID的智能电表的研究与实现

广东省输变电工程公司 邱庆锋

目前的售电公司针对用电用户一般采用发卡和收卡来实现售电管理，但电力计量表存在数量庞大、分布广等特点，传统的人工管理存在较大困难。本文将RFID技术应用到传统电表中，使得电表的管理达成智能化、高效化。

无线射频天线；读写器；RFID标签；智能电表

0 引言

目前的售电公司针对用电用户一般采用发卡和收卡来实现售电管理，人工抄表采用读取条形码的方式识别出电表ID，数据的采集和录入采取手工操作，效率低下、差错率高。随着智能电网在中国迅速发展，智能电网能将能源生产和分配最佳整合，在发电企业与用户之间形成柔性供应链，促进能源分配最优化。本文将RFID技术应用到传统电表中，使得电表的管理达成智能化、高效化。

1 基于RFID的智能电表组成

基于RFID的智能电表包括由上位机(预付费电能表管理系统)和下位机(基于RFID的相电能表)构成的主从式结构。智能电能表包括计量采集和数据存储、传输功能，以ARM处理器为核心实现采集、计量和对用户负载进行监控，上位机管理系统采用后台机在线值班模式，实时的对上传数据进行显示、分析和计费管理，射频卡以无线射频天线为载体，以RFID射频方式从上位机和智能电表二者之间进行信息交换。

基于RFID的智能电表系统总体架构如图1所示：

图1 基于RFID的智能电表系统总体架构

智能电表总体框架：

智能电表整体框架包括：ARM主控单元部分，存储系统，通讯接口，射频收发电路，LCD和触摸屏等6个部分组成。ARM主控单元是整个硬件系统的核心，除了完成所有的逻辑运算和控制功能外还存储用户数据，此外保留了通讯接口和其他功能模块的协议接口。射频收发电路包括射频发送和射频接收电路，射频发送电路用来发送读写器到RFID标签的射频信号；射频接收电路用来接收天线端传来的标签信号，再将该信号送入ARM微处理器进行处理。电子标签将数据存储在起来，读写器通过访问射频收发器单元实时读取标签的信息。

2 读写器控制单元设计

读写器被设置在上位机上，通过无线方式与RFID标签进行数据交互，当待抄表的计量表已通过上位机正常识别，数据传输无异常时，读写器状态正常；如发生通讯异常时，读写器发出警报信息，同时状态显示在哪个环节出现问题。同时读写器的设计考虑了与企业内部局域网的连接，可以通过以太网端口或Wifi接口连接到企业内部网络。具体的硬件结构图如图2所示。

图2 读写器的硬件结构图

3 基于RFID的电子标签设计

智能电表是针对用户层面的一种电力终端表计，我们将RFID电子标签附着于电表上，电子标签如图3所示。

图3 电子标签图

在电力终端设备的设计中加入RFID接口，智能读卡器往往可以脱离PC管理机工作。智能读卡器是主动操作的，只要RFID射频卡进入读卡器大致射频能量范围，智能读卡器便可读写卡中相关指定扇区的数据这样通过移动读写器可以将信息通过RFID无线直接传输到控制中心。

4 基于RFID电力终端软件体系结构

基于RFID电力终端软件主要由通信管理部分、数据处理部分、数据采集部分、人机界面、负控管理、系统管理等部分组成；按层次分主要有通道层、规约层、数据层、任务层、表计接口层等；通信管理部分主要包含通道层和规约层，数据采集部分主要包含数据层、任务层和表计接口层，如图4所示：

图4 电力终端软件体系结构

当主功能模块收到RFID天线传输的数据后，后台软件会对这些数据做一系列的处理，这些处理包括：数据检验、数据过滤、数据分析、数据处理。在RFID数据经过校验后，会将正确的数据传送给后续处理模块—数据过滤模块，数据过滤模块会对收到的重复信息或冗余信息进行过滤操作；经过过滤的数据再送到数据分析模块，分析模块会对收到的信息进行分类，依据数据的类型将数据送到相关应用处理模块中进行处理。以上所有功能模块通过通用模块和用户可定制模块实现。通用模块完成基本的必须的系统功能，用户模块是针对用户的不同需求，作为对系统的一个扩展，用户如果有需要可以增加他们的用户模块。

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邱庆锋（1988-），本科，就职于广东省输变电工程公司，主要研究方向为变电站调试、智能电网。