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【文章摘要】
首先从政策导向及居民用户用电特点出发，配合目前浙江省无线采集器项目的推广，提出一个分步实施的基于居民用户的智能用电信息采集系统拓展方案。随后对此方案的系统结构、设备功能及界面做了详细介绍。最后阐明了方案的具体实施步骤，对今后的实践工作具有重要的实际意义。
【关键词】
智能电网；信息采集；拓展方案
1 需求分析
2009 年的智能电能表的相关标准的发布，从信息的采集、远程控制、到通过远程网络购电的网络安全等方面已经做了比较周密的考虑，但目前此方面的相关网络建设是滞后的，怎样在此网络建设的同时，将与用户的互动建立起来，大力推广分时用电、阶梯电价等政策，显得尤为重要，否则整个系统会缺乏末端用户的支持而推广乏力。
通过政策导向分析和用户特点分析， 配合目前浙江省无线采集器项目的推广， 提出一个分步实施的基于居民用户的智能用电信息采集系统拓展方案，它有以下特点：
(1) 多种通讯技术并行，涵盖了互联网络、GPRS/CDMA/3G 网络、红外、RS485、无线蓝牙、宽带载波等。
(2) 涉及的用户面广：电脑网络用户、手机网络用户、无通讯设备的用户。
(3) 涉及的技术领域多：通讯、数据加解密、智能卡、远程控制、视频监控等。
(4) 支付手段多：网络支付、手机支付、IC 卡支付等。
(5) 通过良好的交互平台，给人以视觉、听觉、触觉等各方面的感知。
2 系统结构图
图1 中，有几个方面是我们实现此方案的关键点：
用户互动终端，它与无线采集器安装在一起，有显示器、按键、语音、通讯等功能。
用户交互网络平台，它实现与用户的互联沟通，用户访问量庞大，既要能实现用户的资料查询与更新，又是用户实现网络支付的中介。
用户手机，它的种类繁多，更新变化快，要使各层次用户都能通过手机与系统进行交互，需要针对各种机型编写大量的手机终端应用软件，以满足需要。
3 用户互动终端设备功能介绍
3.1 人机界面
由彩色液晶显示、按键、语音提示、红外通讯、蓝牙通讯等组成。
3.2 功能
(1) 电压波形曲线显示：默认状态。
(2) 公告信息发布：
（a）停电通知：停电原因、时间段；
（b）抄表计划：抄表时间、抄表工工号、抄表员姓名、投诉电话；
（c）催费告警；
（d）电价调整与优惠政策；
（e）窃电嫌疑告警。
3.3 用户数据查询
(1) 用户各费率日( 月) 冻结电量曲线显示功能；
(2) 用户各费率日( 月) 用电量的棒图显示功能；
(3) 用户最近几日15（30）分钟负荷曲线图。
3.4 用户超负荷告警
根据15（30）分钟平均负荷与电表的最大电流进行比较。
3.5 用户状况分析
(1) 通过分析用户峰谷用电情况，告知用户采用峰谷电价节约的电费。横向与其它居民比较，纵向与历史月份比较。
(2) 通过分析用户的用电情况，当用户超出某一阶梯时，提醒用户节约用电， 超量用电的电费会更高。
3.6 用户主动上报信息（需主站配合解析）
(1) 频繁跳闸；
(2) 电费超标；
(3) 长时间离家通知（通知了且每天用电很少且保持一致，就不发窃电嫌疑告警）催费告警回复，表示用户已经收到了通知，会尽快去缴费。
3.7 用户远程查询与缴费（需主站配合，在网络健全时才可用）
(1) 在无线采集系统的网络比较通畅的情况下，尤其是将来无线采集器上行通道可能采用3G 通讯技术的时候，用户可通过互动终端直接访问网络，查询用户自己历史用电信息和公共信息，以及进行远程充值。
(2) 在手机开通支付功能时，互动终端可作为一个读卡设备，直接读取手机卡信息，用户只要先将手机与电表捆绑，就能实现手机给电表充值缴费。
4 系统的实施步骤
4.1 第一阶段方案（无需接入营销系统）
4.1.1 用户互动终端设备的技术实现
(1) 原理框如图2 所示：
(2) 采样ARM9 处理器，处理速度可达200Mips 以上，处理能力强，性能达到甚至超过奔4 级别的电脑水平，而它主要用于工业领域，可靠性高。
图1 系统结构图052 3 功能验证
通过FPGA 的JTAG 调试接口、RS232 串口以及音频输出接口来检测模块工作的正确性，同时也可对模块进行调试及故障跟踪等。模块的验证主要包括可编程逻辑器件的仿真验证和功能验证。目前，语音告警模块已在某训练系统中通过了系统功能验证，达到了用户要求，性能稳定可靠。
4 结束语
采用FPGA 进行与TLV320AIC23 及PCI 总线的接口设计，同时用Verilog- HDL 语言产生与TLV320AIC23 通信的控制时序，实现了音频文件的解码及主处理机的智能访问。本设计减少了模块上的芯片数量，增加了系统的可靠性和灵活性，且成本较低，市场应用前景良好。
【参考文献】
[1]Xilinx Inc. LogiCORETM IP Initiator/ Target v3.166 for PCITM. Sep. 19,2008.
[2]Texas Instruments.TLV320AIC23B, S t e r e o A u d i o C O D E C , 8 - t o 96-kHz,With Integrated Headphone Amplifier. Feb. 2004.
[3] 马正华，姚刘君，周炯如. 基于TMS320DM642 的矿用数字化扩音电话系统设计. 计算机测量与控制，2012.20(6).
[4] 赵丽莉. 音频解码器TLV320AIC23 与CPLD 接口设计. 电声技术， 2006.7.
(3) 数据来源：本地采样、本地抄表、远程公告信息。
利用无线采集器的红外透抄功能，直接从。
（b）居民电能表中读取数据。
（c）通过交流采样功能计算实时电压。
（d）用户键盘输入的信息，可经红外透传指令经无线采集器发送到主站。
（e）备用主站信息（包括公告信息、对用户申请的应答信息等）通过短信通道发送到无线采集器，再转发到红外通讯口，由互动终端接收后，在液晶屏上显示出来。
(4) 大容量的数据存贮：采集到的数据，将保存在FLASH 存贮器中，当用户通过键盘或其它方式查询时。
(5) 彩色液晶显示：大屏幕的彩色TFT 液晶显示器，显示内容多，适合做各种曲线的显示，配合防爆玻璃，可防止用户破坏。
(6) 语音输出：可做报警输出，播放背景音乐或重要通知。
4.2 第二阶段（远期）方案
4.2.1 方案说明
将用户互动终端与无线采集器结合到一起，用户的互动信息通过GPRS/ CDMA/3G 以及以太网络等高速网络传输媒介，实现高实时性。
4.2.2 人机界面
由彩色液晶显示、按键、语音提示、红外通讯、GPRS/CDMA/3G/Ethernet、RS485、蓝牙通讯、宽频载波、摄像头等组成。如图3 所示。
4.2.3 用户互动/ 采集系统的技术功能
(1) 支持浙江省无线采集器的全部功能。
(2) 支持方案一中的用户互动终端设备的全部功能。
(3) 用户数据下载。
（a）利用蓝牙通讯技术，用户可将自己的用电数据从互动终端下载到自己的手机中，针对各种类型的手机，配上相应的数据分析软件，实现各种各样的用户需求功能。
（b）可通过蓝牙，将电力公司的相关电价政策、优惠计划等下载到手机中，方便咨询，而且可保证资料的权威性。
(4) 用户远程查询与缴费（需主站配合，在网络健全时才可用）。
（a）在无线采集系统的网络比较通畅的情况下，尤其是将来无线采集器上行通道可能采用3G 通讯技术的时候，用户可通过互动终端直接访问网络，查询用户自己历史用电信息和公共信息，以及进行远程充值。
（b）在手机开通支付功能时，互动终端可作为一个读卡设备，直接读取手机卡信息，用户只要先将手机与电表捆绑，就能实现手机给电表充值缴费。
【参考文献】
[1] 周金飞. 用电信息采集系统[J]. 农村电气化，2012 年09 期.
[2] 苏立. 面向智能用电的信息化方案设计[J]. 现代计算机（专业版）， 2011 年25 期.
[3] 丁佳, 孙继成，智能用电小区中通信平台建设研究[J]. 供用电，2010 年06 期.
[4] 龚敏，浅析低压电力用户智能交互终端系统[J]. 湖北电力，2011 年01 期.
[5] 宋仁平, 吴玉新，智能用电服务系统应用研究[J]. 电力信息化，2012 年01 期.
【作者简介】
洪淼涛（1970—），女，浙江宁波，职称工程师，从事电力营销工作。
王爱芳（1967—），女，浙江宁波，职称工程师，从事电力营销工作。
图3 人机界面实现图
3 功能验证
通过FPGA 的JTAG 调试接口、RS232 串口以及音频输出接口来检测模块工作的正确性，同时也可对模块进行调试及故障跟踪等。模块的验证主要包括可编程逻辑器件的仿真验证和功能验证。目前，语音告警模块已在某训练系统中通过了系统功能验证，达到了用户要求，性能稳定可靠。
4 结束语
采用FPGA 进行与TLV320AIC23 及PCI 总线的接口设计，同时用Verilog- HDL 语言产生与TLV320AIC23 通信的控制时序，实现了音频文件的解码及主处理机的智能访问。本设计减少了模块上的芯片数量，增加了系统的可靠性和灵活性，且成本较低，市场应用前景良好。
【参考文献】
[1]Xilinx Inc. LogiCORETM IP Initiator/ Target v3.166 for PCITM. Sep. 19,2008.
[2]Texas Instruments.TLV320AIC23B, S t e r e o A u d i o C O D E C , 8 - t o 96-kHz,With Integrated Headphone Amplifier. Feb. 2004.
[3] 马正华，姚刘君，周炯如. 基于TMS320DM642 的矿用数字化扩音电话系统设计. 计算机测量与控制，2012.20(6).
[4] 赵丽莉. 音频解码器TLV320AIC23 与CPLD 接口设计. 电声技术， 2006.7.
(3) 数据来源：本地采样、本地抄表、远程公告信息。
利用无线采集器的红外透抄功能，直接从。
（b）居民电能表中读取数据。
（c）通过交流采样功能计算实时电压。
（d）用户键盘输入的信息，可经红外透传指令经无线采集器发送到主站。
（e）备用主站信息（包括公告信息、对用户申请的应答信息等）通过短信通道发送到无线采集器，再转发到红外通讯口，由互动终端接收后，在液晶屏上显示出来。
(4) 大容量的数据存贮：采集到的数据，将保存在FLASH 存贮器中，当用户通过键盘或其它方式查询时。
(5) 彩色液晶显示：大屏幕的彩色TFT 液晶显示器，显示内容多，适合做各种曲线的显示，配合防爆玻璃，可防止用户破坏。
(6) 语音输出：可做报警输出，播放背景音乐或重要通知。
4.2 第二阶段（远期）方案
4.2.1 方案说明
将用户互动终端与无线采集器结合到一起，用户的互动信息通过GPRS/ CDMA/3G 以及以太网络等高速网络传输媒介，实现高实时性。
4.2.2 人机界面
由彩色液晶显示、按键、语音提示、红外通讯、GPRS/CDMA/3G/Ethernet、RS485、蓝牙通讯、宽频载波、摄像头等组成。如图3 所示。
4.2.3 用户互动/ 采集系统的技术功能
(1) 支持浙江省无线采集器的全部功能。
(2) 支持方案一中的用户互动终端设备的全部功能。
(3) 用户数据下载。
（a）利用蓝牙通讯技术，用户可将自己的用电数据从互动终端下载到自己的手机中，针对各种类型的手机，配上相应的数据分析软件，实现各种各样的用户需求功能。
（b）可通过蓝牙，将电力公司的相关电价政策、优惠计划等下载到手机中，方便咨询，而且可保证资料的权威性。
(4) 用户远程查询与缴费（需主站配合，在网络健全时才可用）。
（a）在无线采集系统的网络比较通畅的情况下，尤其是将来无线采集器上行通道可能采用3G 通讯技术的时候，用户可通过互动终端直接访问网络，查询用户自己历史用电信息和公共信息，以及进行远程充值。
（b）在手机开通支付功能时，互动终端可作为一个读卡设备，直接读取手机卡信息，用户只要先将手机与电表捆绑，就能实现手机给电表充值缴费。
【参考文献】
[1] 周金飞. 用电信息采集系统[J]. 农村电气化，2012 年09 期.
[2] 苏立. 面向智能用电的信息化方案设计[J]. 现代计算机（专业版）， 2011 年25 期.
[3] 丁佳, 孙继成，智能用电小区中通信平台建设研究[J]. 供用电，2010 年06 期.
[4] 龚敏，浅析低压电力用户智能交互终端系统[J]. 湖北电力，2011 年01 期.
[5] 宋仁平, 吴玉新，智能用电服务系统应用研究[J]. 电力信息化，2012 年01 期.
【作者简介】
洪淼涛（1970—），女，浙江宁波，职称工程师，从事电力营销工作。
王爱芳（1967—），女，浙江宁波，职称工程师，从事电力营销工作。
图3 人机界面实现图
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