基本信息
- 项目名称：
- 基于蓝牙通信技术的电能抄表系统的设计与实现
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本项目是选取与人民生产生活息息相关的电能数据采集作为研究点，具有一定的代表性和应用性。设计中将电能信号通过485总线从电网中提取出来，将此信号传递到信号采集器中，通过蓝牙模块传递给蓝牙手抄器，从而实现蓝牙无线抄表。由于蓝牙传输距离和一对多传输结构基本能够满足城市、农村抄表实际，所以该系统的开发，也具有较强的实际意义。
- 详细介绍：
- 本项目是选取与人民生产生活息息相关的电能数据采集作为研究点，具有一定的代表性和应用性。设计中将电能信号通过485总线从电网中提取出来，将此信号传递到信号采集器中，通过蓝牙模块传递给蓝牙手抄器，从而实现蓝牙无线抄表。由于蓝牙传输距离和一对多传输结构基本能够满足城市、农村抄表实际，所以该系统的开发，也具有较强的实际意义。 整个系统分为3层结构，电网通过RS485接入，接入传输给信号采集平台进行处理，处理完后交给蓝牙手抄进行存储。采用了2.4GHz的频段，蓝牙传输的速率为1Mb/s。时分双工的传输方案被用来实现全双工传输，采用了IEEE80 2.15的协议，这样对于抄表系统来说基本上满足了无线传输的需求，将信号采集器的信号通过蓝牙技术传输到蓝牙手抄终端上，进行存储处理，满足总体设计需求。整个系统首先搭建硬件平台，用protel画出原理图以及PCB板并制版。调试，测试电路板安全，连接等各方面性能。然后编写相关驱动程序进行调写。之后进行软件调试和测试以确定软件的可行性以及健全性。手抄式蓝牙抄表器为智能电网的发展中电能数据管理工程提供了经济、灵活、可靠的电能抄读方式。由于目前手机是蓝牙技术应用最普遍的设备，为下一步研究直接用手机读取电能数据奠定基础，目的在于用户可以随时象抄表人员一样用手机读取自己的用电信息，为电力公司能够公平、公正、公开地为电力用户提供优质服务开辟新的途径，具有较高的实际运用价值。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明的目的： 目前国内用于电表抄表的技术有很多种，如人工抄表，RS485，红外和电力线载波等。RS485抄表需要布线，红外抄表需要人工现场抄表，由于受技术及国内电网客观条件的影响，电力线载波抄表仍存在许多技术问题。蓝牙技术短距离，低功耗，支持点对点一对多的通信，使得在电能抄表过程中更加的快捷，能够实时的反应用户的用电状况，给人们生活带来很大的方便，因此该项技术的研究具有较好的实际应用价值。 设计基本思路： 前期调研分析国内外在蓝牙通信及电表的抄表系统研究领域的发展现状和趋势，研究其设计方法和应用范围； 制定技术方案，确定以蓝牙为通信方式传输电表的抄表模式设计以及方法； 确定设计路线，按照蓝牙通信标准，整个系统分为传感器采集部分和单片机的系统控制终端部分，并搭建硬件平台； 在测试中查找出现的问题，提出和实施解决方案，并将该系统进行一定的应用。 设计创新点： 蓝牙通信技术在电能抄表系统中的使用； 支持多路蓝牙通信的蓝牙手持模块的设计。 设计技术关键： 建立合理的设计原理；基于蓝牙通信技术的电能抄表系统主要由信号采集模块和蓝牙手持模块组成。 蓝牙通信协议的运用。 抄表系统中蓝牙一对多的连接方式的使用。 主要技术指标： 对几种在电能抄表系统中的使用的无线技术进行比较，并完成技术分析报告； 开发一套基于蓝牙通信技术的电能抄表系统的设备，按设计方案，完成基于蓝牙通信技术的传感器信号采集模块和单片机控制显示终端，并搭建演示平台； 完成详细的技术报告。
科学性、先进性
- 在电能抄表系统中的通信方式一般分为有线通信和无线通信。而无线通信以其设备成本低廉、适应性强、通信方式灵活等特点正在逐步取代有线通信，在电能抄表系统中表现出了强势的竞争性。 经分析比较，本项目选用蓝牙通信方式。它是一种近距离无线通信标准，能够提供低成本、低功耗的无线接入方式。蓝牙通信连接方式灵活，不限制在直线范围；且以一点对多点的方式，它允许最多连接7个设备。该系统主要由计量单元、蓝牙表头、蓝牙抄表仪等组成。其中，计量单元采集数据并将采到的数据传输至对应的蓝牙表头，由该表头通过无线信道传输给管理中心的蓝牙抄表仪，以进行数据信息的分析处理。 与传统的以电缆或红外方式传输计量测试数据信息相比，在短距离内应用蓝牙技术电能抄表系的构建，不仅成本低，通信方式灵活，抗干扰能力安全可靠，而且适应性强。可用于便携式设备的近距离通信，并适合大量数据的采集与测控等。随着技术的进一步发展，蓝牙技术在电力系统性能参数的无线测量、保护、自动控制以及电站综合自动化等方面，将有更广阔的应用前景。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年3月——2011年4月在一公司试用，效果良好，正准备申请专利，但目前还未参加任何评比。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 专利权转让
作品可展示的形式
- 实物、产品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势： 基于蓝牙通信技术的电能抄表系统的技术特点包含了可靠性设计、实用性设计和智能化设计。 其优势在于设备成本低，通信方式灵活，抗干扰能力安全可靠，而且适应性强。开发的便携式蓝牙手持模块可用于近距离通信，一对多的通信模式，适合大量数据的采集与测控等。 实用范围和推广前景： 随着计算机技术、网络技术和微电子技术的飞速发展，蓝牙通信技术应用于电能抄表系统中将越来越广泛，它能够降低设备成本，提高可靠性、准确性和抄表效率，已展现出十分广阔的应用前景。我们完全有理由相信，基于蓝牙通信技术的电能抄表技术将在我国居民日常生活所需的电能计量管理中，在系统运行状态的监测或测控等方面发挥越来越大的作用。 市场分析和经济效益预测： 在蓝牙通信技术相关领域中，已拥有多项技术专利，在该技术应用于电能抄表系统中，在技术上不存在明显障碍。电力设施是我国基础设施之一，如果将此技术广泛应用到我国的电能统计设施中去，将有十分广阔的市场前景和良好的经济效益和社会效益。
同类课题研究水平概述
- 近年来，围绕着改善收费管理和提高抄表技术的自动化和智能化水平，人们提出了许多技术方案，主要有：专线、电力载波、无线信道和有线电视宽带网四种方式。这些方式的主要区别在于采用何种方式实现数据采集层至数据管理层的信息传送通过电能抄表系统供电等部门在营业室内就能直接了解用户的用量、表状态等信息。由于电能远程抄表系统在安装时无需要单独布线，且设备成本低，实时性好，所以在国内外的大众接受度较高。 基于这个原因，国内外对电能抄表的有线和无线传输方式的研究也较多。在国外对电能抄表系统的研究主要集中在有线传输方式上。在国外对电力线载波通讯技术进行了许多研究，由于发达国家电网运行状况已非常完善，电网管理水平较高，载波传输速率也比较高，国外电网信号干扰小。因此，国外的电力载波技术在抄表中得到了很好的应用。多家公司推出了自己的电力线载波Modem芯片，并制定了电力线载波适用频率范围的标准。其次，总线制智能抄表方式在国外也较流行，几家大公司如英国ABB公司、德国MEILEK公司及以色列AR．AD公司在此方面都具有一定优势，并且定做了一体化芯片(将采集、存储传输电路集成于一体、掩模为一块专用芯片)、制作固件并装配到表体上。除此之外，国外的远程抄表系统中无线抄表应用比较广泛，还有采用新的仪表总线的，如美国德州仪器公司的TSS72IA。它采用欧洲新型总线结构，具有极性可互换，总线拓扑结构可任意，传输距离远等特点。 国外对电能无线抄表技术的研究主要集中在无线局域网技术、现场总线技术、图形图像抄表技术等。国外工业技术较为发达，基础设施完备，在无线局域网技术和现场总线技术基础上进行电能抄表并不复杂。而在国内推广此技术，对基础设施和设备的改造较大，成本较高，因此在国内的研究和推广较为缓慢。而图形图像抄表技术在国外才开始起步，在国内也才刚刚开始进行研究，且实用范围应为变电站或大中型用户中。 国内对无线通信技术在电能抄表系统中的应用偏重于成本相对低廉的红外线传输方式。红外线传输方式较蓝牙传输抗干扰能力差，不适合大量数据的采集和测控等劣势逐渐显现出来。近年来，随着蓝牙芯片成本的降低，蓝牙通信传输距离和传输速率的增加，抗干扰能力强、安全可靠性强、适应力强等优势的凸显，蓝牙通信技术必将在电能抄表中占领一席之地。
