北方民族大学学士学位论文论文题目:低压电力网自动抄表系统的集中器设计 院(部)名 称: 电气信息工程学院 学 生 姓 名: 李志强 专 业 电气工程及其自动化 学 号: 20060261 指导教师姓名: 张新闻 论文提交时间: 2010年 5月23日 论文答辩时间: 2010年5月 29日 学位授予时间: 北方民族大学教务处制摘要 自动抄表是指采用计算机技术和通信技术自动读取和处理计量表数据的一种手段，是提高能耗管理部门自动化水平的需要，也是计算机技术和通信技术迅速发展的必然它不仅可以缓解抄表人员的劳动强度，降低人为因素造成的抄表差错，而且具有抄收速度快，实时性好等优点集中器是其一个核心部件，本文利用低压载波技术和GPRS技术设计了一款低压电网远程自动抄表系统的集中器。
课题研究的主要内容包括有:(1) GPRS无线模块GPRS无线模块是以16位微处理器设计的嵌入式系统，它将集抄系统的数据接入中国移动的GPRS网络，进而进入Internet，实现基于Internet的数据集中和管理这个嵌入系统实际相当于一个GPRS调制解调器，它存在于集中器和管理中心PC中2) 载波通信接口低压电力线载波通信接口在采集器和集中器中都有，实际上是一个电力线MODEM这一部分包括围绕电力线MODEM芯片的滤波、前置放大、功率放大的电路和控制程序及通信规约的设计和调试关键词：自动抄表；低压载波技术；集中器；低压电网远程自动抄表系统ABSTRACTAutomatic meter reading is a method of reading and processing data automatically with computer and communication. It is the requirement of improving the automatic level of energy consumption, and the necessity of rapid development of computer and communication technology. It may not only relieve the labor's intensity, reduce man-made mistake, but also greatly improve the efficiency and real-time performance of reading meter data. Concentrator is an important part of the system,in this paper we use the technology of Low carrier and GPRS to design a concentrator in the remote automatic meter reading system of lower voltage network. This article consists of five chapters, in the first three quarters are Theoretical description and the fourth and fifth chapter is the core of the design. The main ideal including following:(1) GPRS wireless module. GPRS wireless module based on 16 microprocessor design of embedded system, it will set copy system data access China mobile, then enter Internet GPRS networks based on Internet, the data management and concentration. The embedded system is equivalent to a GPRS modem, it exists in concentrators and management center of the PC.(2) Carrier communication interface. Low-voltage power line carrier-current communication interface in the terminal and concentrators are, in fact, is a MODEM lines. This section includes lines around the MODEM chip filtering, preamplifier, the power amplifier circuit and control procedures and communication protocols of the design and debug.Key words: Automatic meter reading; Low carrier technology; Concentrator; Low power remote automatic meter reading system目 录第一章 前 言 1第二章 自动抄表系统 32.1 低压电网自动抄表系统的组成 32.2 组建方案 3第三章 集中器 43.1 集中器的功能 43.2 主要技术简介 43.2.1 低压配电线载波通信 43.2.2 GPRS技术 5第四章 集中器硬件设计 74.1 自动集中抄表系统介绍 74.2 系统主要硬件设计 84.2.1 电力载波通信硬件设计 84.2.2 GPRS网络结构设计 10第五章 通信协议与数据存储格式 115.1 通信协议的设计 115.1.1 集中器与抄表服务器之间的通信协议 115.1.2 集中器通信流程 115.1.3 集中器通信控制 115.1.4 字节格式 125.1.5 帧格式 125.2 写设备地址 205.2.1 写设备地址请求命令帧 205.2.2 集中器与GPRS无线终端的通信协议 215.3 集中器的数据存储设计 25第六章 基于GPRS网络的集中器软件设计 266.1 集中器通讯程序 266.2 集中器控制程序 29总结 32致谢 33参考文献 34附录1英文资料 35附录2译文 39北方民族大学学士学位论文 低压电网自动抄表系统的集中器设计 第一章 前言随着电力工业的飞速发展和深化改革，我国将在2002-2010年实现全国联网、统一调度、厂网分开，完成城网和农网改造，实现全国城乡电网同网同价，建立竞争有序的电力市场，与国际先进的电力工业管理体制接轨。
为满足居民对生活用电的需求，不断提高供电服务质量，电力企业正在对城填居民用户实施一户一表工程，以提高用户用电的安全可靠性和收费的准确、合理性一户一表的实施给电力企业增加了大量的工作量，一个中等城市户表数可达数十万台之多，除配电线路改造外，更有大量的抄表收费工作如靠抄表员每月登门抄表既要化费大量的人力和时间，给用户带来诸多不便，而且抄录的数据在时间上离散性大、准确度低，给用电管理带来很大困难人工抄表不但工作量大，也不便于电力管理部门进行全面准确的生产经营的统计、分析、线损计算、电量平衡、负荷率计算等随着电力市场化改造的深入，电力系统的安全经济运行已进入一个新的阶段，供电企业的生产经营活动，各行管理工作的现代化水平直接影响到企业的效益，成为供电企业超一流企业的标志目前大量存在的人工抄表提供原始数据的方法，己远不能适应现代化管理的需要由于电作为一种特殊产品，其产、供、销都是即时发生，夜晚用电低谷时采取降低电费的措施以鼓励多用电，有助于发供电量平衡，而集中抄表系统在不增加其他设备投资情况下，就能分时记费国家电网公司在有关城网改造的工作会议上多次提出了“要大力推行一户一表，”“集中抄表、服务到户、收费与银行联网的要求”。
为此就提出了远程集中抄表的要求以提高电能管理自动化水平，促使电力营销工作迈入新的台阶随着国家电力系统两网改造工作渐近尾声，“一户一表，管电到户”政策的贯彻，用电网络急剧膨胀，使得供电企业对用电网络的管理任务日益加剧如何把庞大且分散的居民用电量及其它数据及时有效而且准确无误地收集、统计及分析，成为供电企业一个迫切需要解决的问题如果仅凭抄表工人挨家挨户地抄表，不但会造成工作效率低，而且由于人工抄表所带来的漏抄、误抄、估抄，甚至抄表人员同用电户合伙作弊，给供电企业带来不可估量的损失，因此供电企业需要一种投资较少，安装及维护方便，通讯可靠，计量准确的电能表远程集中抄表解决方案从2002年至今，主流模式是数码表完善集中抄表系统主要有几大难点：①设计时无统一标准，基本都是各自为政，使产品的普及存在难度；②调试时只靠人为的标识来区别线路，施工中容易造成混乱；③系统开发商和厂家脱节由于表的供应商和系统的供应商分离，现阶段对于表具没有统一的标准可以遵循，系统的质量和表具的质量都是良莠不齐，经常出现互相扯皮的现象， 影响 用户最后的使用；④由于系统环节繁多，导致系统出问题的点比较多，又由于采用集中采集的特点一个地方出现问题可能会导致一大片出问题，因此问题很多。
比如，ups电源故障，可能会导致若干个采集器无法计数，可能就有好几十户或者上百户人家需要重新抄表在这种情况下，直读表应运而生这种表区别与以往的表的特点是读出的就是数据，而不再是脉冲，相当于把流量计和积算仪集成到一起因此也有人将它称之为“数码表”直读表分为两种，分别是脉冲计数式数据远传表和机械位置识别式直读表这两种表均比以往的分线制集中抄表系统有很大的优越性，但它们互有优缺点[1]脉冲计数方式的数据远传表（即直读表），实际上是将数据采集模块和远程通讯模块集成到表内，将脉冲计数值记录到表内，外界需要读取表读数时，接通通讯电源，按照通讯协议发出读数命令即可读取数据这种表具一般提供485接口或M-Bus接口，在生产制造时，已经将初始值设定完毕一般情况下不再需要设定初始值计数远传表优点：电路结构简单，价格比较便宜；对原表结构改动小，不要求有很高的机械精度，安装精度要求不高，因此成品率高；体积小巧，非常容易嵌入表内；可以记录完整的表头示数，甚至超出表头示数计数远传表的缺点：内部有电源供电，电源的寿命是否能够满足要求成为质量的关键；对于电路的抗干扰性能要求较高机械位置识别式直读表（简称位置直读表）是在机械计数器字轮上安装位置表征元件（有电阻式，光电反射式，条码式等多种），在字轮的缝隙中安装位置读取电路，还有数据处理单元和通讯单元。
当外界需要读取数据时，接通通讯电源，按照通讯协议发出读数命令即可读取数据位置直读表优点：平时根本无需电源，不用担心电池寿命问题； 理论 上可与机械计数器同步，无相对误差；理论上抗干扰性好位置直读表缺点：电路结构复杂，元件多，电路部分体积较大，成本较高，嵌入表也较困难；对原表结构改动较大，精度要求高，安装精度要求高，因此精度成本高，成品率低，长期应用故障率高；在字轮处于进位状态时，有读数盲区，这时读到的将是乱数，需另一个集中器经常读取数据，系统之外的设备访问时实际读取的是集中器中的数据；为了降低成本，一般只在3个或2个低位字轮上安装位置检测单元，其它高位数据还需要外部设备如集中器或上位管理机进行识别处理，并仍然需要设置初始值通过上述比较我们发现，事实上计数直读表与位置直读表互有优缺点，两者的技术实现难点是在电子难度与机械难度方面进行了交换计数直读表的实现难度是电子方面的低功耗和抗干扰性；位置直读表的实现难度是零件精度和安装精度由于电子技术的迅速发展，尤其是低功耗、高电磁兼容能力的芯片技术的一日千里的发展已经使2～3年前有难度的问题变得容易解决，而且是低成本来解决由于内部采用无干扰的电池供电，只要在硬件方面采取有效的隔离措施，软件方面采用冗余校验的方法，计数直读表的可靠性是完全值得信赖的。
目前已有企业开发出了能够嵌入表内的计数抄表模块专门用于远程自动抄表相对来讲位置直读表的诸多缺点是很难解决的，如进位时的检测盲区是原理性问题，而外部再加一个设备，一方面系统复杂了，另一方面同时也带来了电子实现难度机械精度提高带来的成本提高是相对大的市场上的诸多位置直读表已经由于精度达不到要求出现了很多问题，而且当某位出现问题时，系统在短期内是难以识别的第二章 自动抄表系统2.1 低压电网自动抄表系统的组成 根据DL/T 698-1999《低压电力用户集中抄表系统技术条件》中的规定，集抄系统主要由主站、集中器、采集终端和电能表组成 集中抄表系统：主站通过传输媒体（无线、有线、电力线载波等信道）将多个电能表电能量记录值的信息集中抄读的系统该系统主要由采集用户电能表电能量信息的采集终端（或采集模块）、集中器、信道和主站等设备组成集中器数据可通过信道远距离传送到主站计算机2.2 组建方案 针对北方民族大学宿舍楼用电管理设计的自动化抄表系统，本文在上层通信中选用GPRS通信，集中器与采集器的通信选用低压电力载波通信上层包括用电管理中心、集中器、和上层GPRS通信网，完成数据收集；底层包括集中器、采集器、电表和基于低压电力线载波的底层通信网，完成数据采集。
结构框图如图2-1所示 图2-1系统结构图用户现场可直接挂接电力载波电表，也可以采用全电子式电度表增加载波采集终端(采集器)宿舍楼电度表一般采取了集中安装的方法，即把一个单元的十几户的用户表安装于同一个大表箱中，一个表箱装一个采集器，多个电度表共用一个采集终端(采集器)，此种方法可以大量节约成本所以本系统的设计是基于这种方式的；集中器挂接在同一台配变下的电力线上，根据设置的要求定时或随时通过电力线抄收数据采集终端的所有载波表的测量数据并保存；主站计算机通过GPRS移动公网对集中器发布设置、广播命令或抄表命令，对集中器进行综合数据的抄收，对集中器下的任一台采集器进行抄表或通断电控制，从而实现远程抄表和监控功能第三章 集中器3.1 集中器的功能[3] 集中器做为自动抄表系统中的重要组成，起着承上启下的作用，它有两个主要任务，一个是完成与采集器的数据通信，向采集器下达电能数据冻结命令，定时循环接受采集器的电量数据，或者根据系统要求接受某个电表或者某组电表的数据另外一个任务是根据要求完成与主站的通信，将主站需要的用户信息传送到主站上，集中器在整个系统中起着重要的中介作用，将主站与用户连接起来。
它应具有以下的主要功能[4]：(1) 数据采集和储存：根据设定的抄读间隔自动采集各用户电能表的数据，并能储存两个抄表周期的各用户电能表的用电量数据2) 设置功能：当地或远方设置抄读间隔及自动抄表日，兼有防止非授权人员操作的功能3) 远程监控功能：集中器支持后台系统远程实时监控电能表运行情况，对电能表运行情况进行分析4) 校时功能：集中器具有计时单元，可被后台系统校时 (5) 通信功能：具有与各采集器和主控站远方通信的功能6) 自诊断和异常信息记录功能：可自动进行系统自检，集中器通信中断时，记录中断时间(月、日、时)3.2 主要技术简介 通过上文介绍我们可以知道，集中器就是一个连接器，一个数据中转装置，故与上下接口的通信便成为一个重要部分3.2.1 低压配电线载波通信[5]电力线载波是电力系统特有的、基本的通信方式，电力线载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术由十使用坚固可靠的电力线作为载波信号的传输媒介，因此具有信息传输稳定可靠，路由合理、可同时复用远动信号等特点，是唯一不需要线路投资的有线通信方式我国从70年代开始电力线自动抄表的研究与实验初期使用的信号调制方法是传统的差分相移键控(DPSK)方式，这种方式的优点是具有较强的抗干扰能力，但抗衰减能力比较差。
后来又出现了扩展的频移键控、超窄带出书等调制方式，都不是很理想目前，低压电力线载波通信正朝着使用扩频通信的方向发展扩频通信技术[6]是电力线载波通信技术中的一种由十低压电力线是噪声大，干扰强的信道，并不适合数据传输根据仙农公式: C=H·Log2(1+S/N)当C不变时，增加带宽，则信号在信噪比比较低的情况下，也可以以相同的速率可靠地传输信息因此，相应地增加信号带宽，可以使信号在被噪声淹没的情况下仍能保持可靠的传输扩频通信正是使用了这一点，采用扩展信号带宽的方法以提高数据传输中的抗干扰性因为即使存在窄带干扰也只能影响扩频信号中的一小部分频率，绝大部分信号不受影响，而且采用一定的纠错编码就可以完全恢复出原信号采扩频方式使信号谱密度很低，可使接收信号完全淹没在干扰和噪声当中，常规的接收机无法接收到信号，即使检测到信号的存在也无法还原出任何数据，因此扩频方式具有固有的保密性因为目前电力线路的带宽有限，窄带调制的主要思想就是最小化传输带宽，相反，扩频调制技术的传输带宽比最小信号带宽大几个数量级该技术对单用户效率低，但是对多用户来说，效率就比较高3.2.2 GPRS技术[7]整个系统根据通讯所使用的媒介不同而组成两级不同的网络形式。
集中器与采集模块之间是利用低压电力网进行通讯的这是因为通常集中器安装于小区变压器附近，而小区内的所有电表（用户）处于同一个台区由于电力网络相当于一个共享媒体，因此集中器和它所负责的所有采集模块组成了一个相当于以太网络形式的广播型网络集中器与所有的采集模块相当于网络上的一个节点，每个节点有其相应的唯一的网络地址同以太网类似，集中器发送的读数命令相当于带有目的地址的帧，而每个节点只会对目的地址和本节点地址相同的帧响应，其他收到的帧则丢弃在通信形式上是主从方式，每次通信都是由集中器发起，采集器在收到通信命令后，进行相应的应答处理由于电力网络并不属于适合通信的信道，突发噪声和白噪声问题都比较大，干扰较强，所以一般情况下数据的传输距离只有300米至600米，基本上适应一个小区的要求在某些情况下，为了增加数据传输的距离，可在网络的适当地方设置中继器对数据进行中继传输，中级器也具有唯一的网络地址由图2-1可以看出，除了在采集模块与集中器之间采用电力线载波方式进行通信外，我们在数据控制中心与集中器之间采用GPRS网络来实现无线通信该项目采用这种方案出于以下几点考虑：(1) 覆盖范围广：GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Servic,GPRS)的英文简称，是在现有GSM系统（Global System for Mobile Communication,GSM）上发展出来的一种新的承载业务，是建立在GSM上的2.5无线网络技术，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。
GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似，因此现有的基站子系统从一开始就可提供全面的GPRS覆盖2) 通信速率高：每个电表数据采集点每次数据传输量在10Kbps之内GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，完全能满足本系统数据传输速率（≥10Kbps）的需求3) 费用低：GPRS采用的是分组交换，而不是电路交换，所以它采用基于流量的收费方式，而非基于时间的方式，故通信费用相当于移动通信短消息费用，因此费用低廉，经济4) 效率高，通信延迟短：GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输建立链接的时间短，有“永远”之称5) 系统的传输容量大：数据控制中心要和每一个电表数据采集点保持实时连接由于电表数据采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。
总之，目前以GPRS网络技术为基础的无线数据系统得到了越来越广泛的应用GPRS使互联网进入了无线领域，一直延伸到手掌上除了支持传统的互联网应用，GPRS也可使无线终端支持B2B,B2C的电子商务，电子支付，股票交易和银行转账等应用综合上述几个优点，GPRS网络非常适合自动抄表系统的要求，因此，该项目远程抄表系统实际上是将电力线载波通信与中国移动的GPRS无线通信网络结合起来的第四章 集中器硬件设计4.1自动集中抄表系统介绍本系统主要是供电所针对城市居民用电管理的自动化系统本系统采用分布式体系结构，这种体系结构分为上层和底层上层包括用电管理中心、集中器、和上层GPRS通信网，完成数据收集；底层包括集中器、采集器、电表和基于低压电力线载波的底层通信网，完成数据采集如图4-1所示 集中器1电表1电表2电表n主站(抄表管理)集中器n电表1电表2电表n 图4-1自动集中抄表系统整体结构框图用户现场可直接挂接电力载波电表，也可以采用全电子式电度表增加载波采集终端(采集器)由于现在的城市居民楼宇中，电度表一般采取了集中安装的方法，即把一个单元的十几户的用户表安装于同一个大表箱中，一个表箱装一个采集器，多个电度表共用一个采集终端(采集器)，此种方法可以大量节约成本。
所以本系统的设计是基于这种方式的；集中器挂接在同一台配变下的电力线上，根据设置的要求定时或随时通过电力线抄收台变下所有载波表的测量数据并保存；主站计算机通过GPRS移动公网对集中器发布设置、广播命令或抄表命令，对集中器进行综合数据的抄收，对集中器下的任一台采集器进行召抄或通断电控制，从而实现远程抄表和监控功能，极大减少电力部门的劳动力，提高社会效益和经济效益；为电力管理上等级和现代化管理水平的提高打下坚实的基础4.2 系统主要硬件设计集中器与采集器之间高效和可靠的通信是整个系统成功的关键之一，在底层电力载波通信中，关键是电力载波Modem的性能4.2.1电力载波通信硬件设计[8]电力线载波是以电力线作为通讯线路，各分散的终端设备以电力线为传输载体进行数据传输具有通道可靠性高、投资少、见效快、与电网建设同步等优点虽然传输速率不高，但是安装方便简单，适合同一台变下各终端设备之间的连接电力线载波通讯以电力线路为介质，电力线载波通信系统的信号发送部分由扩频调制信号输入、谐振功率放大器和信号耦合电路二部分组成其主要任务是高效率地输出信号功率，并将载波信号有效地注入电力线由于发送部分和接收部分的电路结构和元器件的选择使得发送部分和接收部分的相互影响较小，因此，可以对发送部分和接收部分进行独立的综合和分析。
经研究和测量表明，电力线的阻抗分布在O.SS2^-8052(在3kHz^-525kHz频率范围)之间，其阻抗主要依赖于用电负荷的大小、线路结构、以及配电变压器阻抗等多种因素由于配电线路结构和配电变压器的阻抗特性相对比较稳定，因此，用电负荷的大小对电力线阻抗的变化影响较大我们知道，用电负荷具有随机性，其主要表现为在不同的时间，用电负荷的变化，即阻抗的时变性研究电力线的输入阻抗，对于提高信号的发送功率和有用信号的输入功率能够起到非常重要的作用发送电路部分的设计如图4-2示 图4-2 信号发送电路 TS5是一颗20V的肖特基稳压管，但在这里没有用到它的稳压特性，用到而是它的正向导通电压低的特点，来保护P沟道的MOS管，考虑到产品的可靠性，这颗稳压二极管选用1N5817或SS12，或具有更低正向导通电压的二极管注意:不允许使用1N4148, 1N4007等止向导通电压较高的二极管!更不允许省掉!否则会损伤MOS管! 电阻R8/0.22k在这里起到保护载波芯片的作用，因为载波芯片采用的是MOSFET工艺，不推荐驱动容性负载，而这套放大电路的输入是容性的，所以在这里串联一颗0.22k的电阻来保护载波芯片。
US6M2内部具有一颗P沟道的MOS管和一颗N沟道的MOS管，P沟道的耐流为1A，N沟道的耐流为1.5A，这就使整个载波电路的耐流为lA}所以供给这个放大电路的电源的功率不能太大，假如电源能提供的功率非常大，当外界的阻抗很小时，就会有很大的电流流过US6M2这颗器件，当超过它的额定值时，有可能会把US6M2烧掉，所以推荐载波通信电路采用变压器供电这部分电路所起的作用是当15V电源电压被拉低到6.5 V左右的时候控制其输出电流，保证15V电源电压不至于被拉低到太低而致使整个系统无法正常工作，其最突出的是可优点以很好的保证低电压试验能够通过图4-3 功率控制部分 信号接收部分由信号耦合电路、带通滤波器BPF和模拟前端AFE二部分组成，其主要功能是对来自电力线上的扩频通信信号进行有效的接收和模拟解调其中，信号接收电路的设计日标是提高频带内的信号接收功率(信号祸合电路设计的一部分，需要同发送部分统一设计)，并最大限度地抑制来自电力线上的噪声十扰，目使无源滤波网络的插入损耗最小信号接收电路原理图如图4-4所示 图4-4 信号接收电路AFE3361是一个低功耗窄带FM中频模拟解调集成电路，其内部含有完整的窄带调频解调系统，包括:(1) 振荡器(Oscillator)(2) 混频器(Mixer)(3) 限幅放大器(Limiting Amplifier)(4) FM解调器(Demodulator)(5) 交鉴频器(Quadrature Discriminator)(6) 滤波放大器(Filter Amplifier)(7) 静噪电路(Squelch Circuit)。
AFE3361主要特点(1) 工作电压范围:Vcc = 2.5 —7.OV(2) 功耗小，典型值为4.OmA(在Vcc= 4.0时)(3) 灵敏度高，输入一3dB限幅电压为2.0 μVrms(典型值)(4) 所击外围器件少(5) 最高工作频率为60MHz利用AFE3361来完成载波通信，作为信号接收部分电路原理图如4-3所示图4-5电力载波通信硬件电路4.2.2 GPRS网络结构设计 由于低压电力载波通信方式不能实现跨变压器通信，因此只能用于同一变压器内的数据通信而要实现自动抄表系统的数据远传，我们则需在集中器和管理中心之间选择另外的通信方式，在这里我们使用GPRS网络来实现数据的远传 GPRS(GeneralPaeketRadioServiCe)是通用分组无线业务的简称，它是第2.5代移动通信系统，是GSM向3G过渡的一个桥梁GPRS是在GSM系统基础上引入新的部件而构成的无线数据传输系统集中器GPRS模块与管理微机的GPRS模块建立数据通信前的连接工作本系统采用上位机固定IP地址的方法作为上位机(数据中心)，实现多点对一点的数据，这样GPRS无线通信模块通过拨号登陆GPRS网络，获得IP地址后，就可以主动和接入工nternet的上位机联络，将自己的IP和端口号发送给上位机，进而实现双方的通信与数据采集，结构框图如图4-4所示 集中器数据中心GPRS通信网络图4-6 GPRS通信网络结构框图第五章 通信协议与数据存储格式5.1通信协议的设计[9]5.1.1集中器与抄表服务器之间的通信协议集中器与载波电表之间的通信遵循 DL/T645-1997通讯规约，该通信规约适用于本地系统中多功能表的费率装置与手持单元（HHU）或其它数据终端设备进行点对点的或一主多从的数据交换方式，规定了它们之间的物理连接、通信链路及应用技术规范。
5.1.2集中器通信流程[10] 集中器上电初始化，等待接收控制命令或抄表服务器的请求报文，并根据控制命令或请求报文作出响应集中器接收的控制命令为安装测试命令；接收的抄表服务器的请求报文有:复位报文、停止报文、抄表报文、地址添加报文、地址删除报文、返回地址信息报文、状态查询报文、请求集中器返回非多功能表数据报文、请求集中器返回多功能表数据报文、请求集中器继续返数报文、请求集中器继续返回地址报文、集中器参数设置报文 集中器对抄表服务器应答的报文有:复位应答报文、停止应答报文、抄表应答报文、地址添加成功应答报文、地址添加失败应答报文、地址删除成功应答报文、返回地址信息应答报文、返回集中器当前工作状态应答报文、返回非多功能表数据应答报文、返回非多功能表数据报文、返回多功能表数据应答报文、返回多功能表数据报文、集中器参数设置应答报文、非法请求和异常应答报文 在抄表服务器的请求报文中，停止抄表请求和复位请求优先级最高为了保证集中器系统的正常运行，只有当集中器抄表系统出现混乱时(如集中器一直处于抄表状态，不能抄回电表数据)，主要是集中器的执行单元出现问题，才允许抄表服务器使用复位请求，这时集中器主控单元，将其他的控制和执行单元进行硬件复位，集中器处于待机状态，此命令只提供给自动抄表系统高级管理员使用。
当集中器处于正在抄表状态时，只响应抄表服务器的停止抄表请求和复位请求，如有其他请求，集中器不响应请求，认为抄表服务器的请求为非法请求，并返回非法请求异常应答报文 当集中器处于待机状态时，响应所有命令请求报文，不包括在流程内使用的请求报文(如继续返数报文和继续返地址报文)，如此时出现此类报文，集中器不响应请求，认为抄表服务器的请求为非法请求，并返回非法请求异常应答报文5.1.3集中器通信控制[11] (1) 传输次序：所有数据均先传高字节、后传低字节 (2) 传输响应：除集中器主动向抄表服务器返数外，每次通讯都是由抄表服务器向指定的集中器发出请求命令帧开始，被请求的集中器根据命令帧中控制码的要求作出相应响应对于设置命令，集中器应在正确执行完命令动作之后进行应答，抄表服务器应根据不同命令的执行时间来调整应答等待时间 (3) 差错控制：帧校验为纵向信息和，接收方检测到纵向信息校验和出错，放弃该信息帧，不予执行命令但应给出异常应答5.1.4字节格式[12]每字节含8位二进制码，传输时加上一个起始位（0）、一个偶校验位和一个停止位(1)共11位其传输序列如图5-1，D0是字节的最低有效位，D7是字节的最高有效位。
先传低位，后传高位0D0D1D2D3D4D5D6D7P1 传送方向 起始位 8位数据 偶校验位 停止位 图5-1 字节传输序列5.1.5帧格式[13](1) 帧是传送信息的基本单元帧格式如图5-2所示说 明代码帧起始符68H地址域A0A1A2A3A4A5帧起始符68H控制码C数据长度域L数据域DATA校验码CS结束符16H 图5-2 帧格式1) 帧起始符68H：标识一帧信息的开始，其值为68H=01101000B2) 地址域A0∽A5：地址域由6个字节构成，每字节2位BCD码地址长度为12位十进制数，可以为表号、资产号、用户号、设备号等具体使用可由用户自行决定当使用的地址码长度不足6字节时，用十六进制AAH补足6字节低地址位在先，高地址位在后当地址为999999999999H时，为广播地址。
3) 控制码C：控制码的格式如图5-3所示D7D6D5D4D3D2D1D0 功能码后续帧标志从站异常标志传送方向图5-3控制码的格式D7=0：由主站发出的命令帧 D7=1：由从站发出的应答帧 D6=0：从站正确应答 D6=1：从站对异常信息的应答 D5=0：无后续数据帧 D5=1：有后续数据帧 D4∽D0：请求及应答功能码 00000：保留 00001：读数据 00010：读后续数据 00011：重读数据 00100：写数据 01000：广播校时 01010：写设备地址 1100：更改通信速率 01111：修改密码 10000：最大需量清零4) 数据长度L：L为数据域的字节数读数据时L≤200，写数据时L≤50，表示无数据域5) 数据域DATA：数据域包括数据标识和数据、密码等，其结构随控制码的功能而改变传输时发送方按字节进行加33H处理，接收方按字节进行减33H处理校验码CS：从帧起始符开始到校验码之前的所有各字节的模256的和， 即各字节二进制算术和，不计超过256的溢出值。
6) 结束符号16H：标识一帧信息的结束，其值为16H=00010110B2) 传输1) 前导字节：在发送帧信息之前，先发送1-4个字节FEH，以唤醒接收方2) 传输次序：所有数据项均先传送低位字节，后传送高位字节3) 传输响应：次通信都是由主站按信息帧地址域选择的从站发出请求命令帧开始，被请求的从站根据命令帧中控制码的要求作出响应4) 收到命令帧后的响应延时Td：20ms≤Td≤500ms. 5) 字节之间停顿时间Tb：Tb≤500ms.(3) 差错控制 字节校验为偶校验，帧校验为纵向信息校验和，按收方无论检测到偶校验出错或纵向信息校验和出错，均放该信息帧，不予响应4) 传输速率1) 初始数率：1200bpd2) 标准数率：300，600，1200，2400，4800，9600bps3) 特殊数率：由厂家规定4) 传输速率的特征字：特征字的各位不允许组合使用1200bps时，Z=0.修改速率时特征字Z仅在一个二进制位为1时有效5) 传输速率的变更：首先由主站以初始速率向从站发变更速率请求，从站以初始速率发确认应答帧或否认应答帧收到从站确认帧后，双方以确认的新的速率进行以后的通信，并在通信结束后恢复到初始速率；若在500ms内未建立起通信链路，则双方均恢复到初始速率。
每次通信中只允许改变一次通信速率注：最大传输速率受光电头或费率装置关学借口的限制，也受费率装置数据处理单元中工作时钟频率的限制5) 数据标识1) 数据分类：除测量值以外，本协议将计数值，最大需量发生时间，瞬时电压、电流、功率值等归为变量类，将日历、时间、用户设置值、费率装置的特征字、状态字、费率时段等归为参变量类2) 数据标识结构及编码：费率装置中有各种不同类型、不同属性的数据本规约采用四级树状结构的标识法来表示这些数据用2个字节的4个字段分别标识数据的类型和属性，这2个字节为DI1和DI0，4个字段分别为DI1H、DI1L、DI0H、DI0L，其中DI0L为最低级标识字段，DI1H为最高级标识段用DI1H标识数据的类型，其标识如下： DI1 DI1H DI1LD7D6D5D4D3D2D1D0 1001 电能量1010 最大需量 1011 变量 1100 参变量1100 负荷曲线 1110 厂家功能扩展 1111 保留 DI0 DI0H DI0LD7D6D5D4D3D2D1D0 用DI1l、DI0h、DI0l标识数据的不同属性时，对于电能量和最大需量数据，由于其具有多个属性，如时域性（当前值、上月值、上上月值等）、分类属性（有功、无功）、供电方向属性（正向、反向）、费率属性（总量、不同费率的量）等，它们的标识如下：电能量数据标识： DI1 DI1H DI1LD7D6D5D4D3D2D1D0 1001 电能量 00 当前 00有功 01 上月 01 无功 10上上月 10 保留 11集合 11 集合 DI0 DI0H DI0LD7D6D5D4D3D2D1D0 0001 正向电能 0000 总电能 0010 反向电能 0001费率1 0011 一象限无功 0010 费率2 0100 四象限无功 0011 费率3 0101二象限无功 0100 费率4 0110 三象限无功 0101∽1110 保留 0111∽1110 保留 1111本数据块集合1111 集合最大需量数据标识 DI1 DI1H DI1LD7D6D5D4D3D2D1D0 1010最大需量 00当前 00有功 01上月 01无功 10上上月 10 保留 11集合 11 集合 DI0 DI0H DI0LD7D6D5D4D3D2D1D0 0001正向有功最大需量 0000总最大需量 0010反向有功最大需量 0001费率1 0011一象限无功 0010费率2 0100四象限无功 0011费率3 0101二象限无功 0100费率4 0110三象限无功 0101∽1110保留 0111∽1110保留 1111本数据块集合 1111集合负荷记录数据块的标识编码列在表中，关于该项数据的格式及字长在有关标准中尚未给出，暂可由用户自行定义。
数据集合概述数据标识码标识单个数据项或数据项集合单个数据项可以用标识码唯一地标识当请求访问由若干数据项组成的数据集合时，可使用数据块标识码和数据集标识码数据项反映费率装置中某一时空量和数字量的若干BCD码数据块数据标识符中由标识字段DI1H、DI1L、DI0H分别相同，而DI0L取值不同 [0，1，2，K（K为可能的最大取值）]的各连续数据项组成的一组数据，称数据块数据块的标识特征为DI0L=1111B数据集合由1个或多个数据块构成一个数据集合在数据标识中，较高级标识字段DI1H 、DI1L和DI0H标识为1111B或11B时表示一个数据集合，代表该字段所有可能的取值范围与其下一级标识字段的多个数据块所组成的数据集合此时不论其下一级标识字段为何值，均视为数据集标识，即11B或1111B数据传输时组成数据集的各数据块之间用分隔符AAH分隔，两个连续的数据块分隔符表示一个空数据块数据集合中包含四个数据块，其中数据块1有m1项数据，数据块2有m2项数据，数据块3为0项，数据块4有m4项数据AAHAAHAAHAAH 数据块1(M1)项 数据块1(M2)项 数据块1(M3)项 数据块1(M4)项应用层读数据主站请求帧 功能 请求读数据 控制码 C=01H 数据长度 L=02H帧格式：68HA0 …A568H01H02HDI0DI1CS16H 数据项标识 数据长度 控制码从站正常应答 功能 从站正常应答 数据长度 L=02H+m(数据长度) 控制码 C=81H 无后续数据帧 C=A1H有后续数据帧无后续数据帧格式：68HA0…A568H81HLDI0DI1N1…NmCS16H 数据项 数据标识 数据域长度 控制码 有后续数据帧格式： 68HA0…A568HA1HLDI0DI1N1…NmCS16H从站异常应答帧 功能 从站收到非法的数据请求或无此数据 控制码 C=C1H 数据长度 L=01H 帧格式：68HA0…A568HC1H01HERRCS16H 错误信息字读后续数据主站请求帧 功能 请求读后续数据 控制码 C=02H 数据长度 L=02H帧格式：68HA0 …A568H02H02HDI0DI1CS16H从站正常应答帧 后续数据按正常数据帧格式发送 控制码 C=82H 无后续数据帧 C=A2H有后续数据帧 数据长度 L=02H+m(数据长度)无后续数据帧格式：68HA0…A568H82HLDI0DI1N1…NmCS16H有后续数据帧格式：68HA0…A568HA2HLDI0DI1N1…NmCS16H从站异常应答帧 控制码 C=C2H 数据长度。