基于蓝牙通信的移动抄表终端的设计

摘要：新型智能电表增加了电子标签和电子封印要求，通过智能标签和封印管理系统实现电子化、信息化管理，完善了计量部门日常对电表的巡检监督监察。本文提出了一种适用于新型智能电表的移动抄表终端的方案设计。针对安卓设备的大量普及，蓝牙技术具有低功耗、低成本的特点，设计了一种基于蓝牙通信的抄收智能电表信息的方案。移动抄表终端的硬件设计采用模块化思想，设计了电源管理电路、主控芯片控制电路、蓝牙模块电路、RS485电路、红外电路、高频RFID(13.56MHz)电路和超高频RFID(860~960MHz)模块电路。该方案成本低，功能强大，可替代传统手持抄表机完成智能电表的人工抄表，实现电子标签和电子封印的信息采集。

引言

　　随着建设国家智能电网概念的提出，智能电表的资产管理和信息化防窃电管理越来越成为人们关注的焦点。国网电网公司于2013年出台了新型智能电表的型式规范，进一步明确了智能电表的发展方向，要求增加电子标签和电子封印技术来加强智能电表的信息化和安全管理。考虑到智能电表的实际情况，电子标签采用了860~960MHz的工作频段，该RFID技术优势^[1-2]改变了供电公司传统手工记录的备案方式，减少了工作量;电子封印采用了13.56MHz的工作频段，相比传统铅封具有更高的防伪性和防窃电效果^[3-6]。

　　在电力行业，自动抄表系统提高了电能抄表的效率、准确性和可靠性，大大提高了电力企业营销自动化和用电管理的现代化水平^[7]。然而某些特定场合，仍需要人工抄表完成电能量结算^[8]。当前大部分人工抄表模式仍然采用无线远程集抄和手持抄表机的方式，近几年出现的手机抄表系统实际上是人工抄表，手工录入到手机中，再通过GPRS上传到后台系统，这种方式并没有从真正意义上实现硬件自动抄表，不易推广和为用户所接受^[9]。传统的手持抄表器不仅价格昂贵，存在性能不稳定、抄表速度慢、易受干扰等弊端^[9-10]，而且只能完成对智能电表数据的采集，无法满足新型智能电表电子标签和电子封印信息的采集。

　　针对新型智能电表特点所出现的人工抄表空白，蓝牙技术具有抗干扰能力强、组网灵活、低功率、传输速率快等优点^[8-12]，实现对智能电表真正意义上的手机抄表，本文提出了一种基于蓝牙通信的移动抄表终端的设计方案。该方案系统由安卓设备、移动抄表终端、智能电表3部分组成。安卓设备通过蓝牙建立与移动抄表终端的连接，实现对智能电表的数据采集，并将采集信息回传手机显示。移动抄表终端是整个系统的中间设备，是抄表系统的关键，其硬件和软件设计是否合理影响着抄表性能的稳定。

1 硬件设计

　　移动抄表终端对新型智能电表的数据采集分为3部分，包括表内用户用电信息、电表电子标签信息和电子封印信息。图1为移动抄表系统整体结构图。

　　智能电表对外常见的通讯接口有红外和RS485两种方式，新型智能电表增加了电子标签和电子封印要求实现信息化、防伪防窃电管理。因此，移动抄表终端的硬件电路由电源模块、蓝牙模块、红外模块、RS485模块、高频RFID(13.56MHz)模块和超高频RFID(860~960MHz)模块6个部分组成。图2为移动抄表终端的系统构成图。

1.1 电源模块

　　电源模块的作用是为系统提供稳定的+5V和+3.3V的直流电压，图3为产生+5V、+3.3V直流电压和锂电池充电管理的电路图。

　　移动抄表终端用+9V~+12V外接电源或内部锂电池供电。采用外接+9V~+12V直流电压供电，使用BQ24103模块电路进行锂电池的充电管理。指示灯HL3点亮表明充电正在进行;指示灯HL2点亮表明充电已经完成;指示灯HL1点亮表明有有效的外接直流电源接入。R97、R98和R99为限流电阻，R97=R98=R99=3.3k。二极管D1、D2选用IN5401，对电源有反向截止和保护作用。VZ1是TVS管，型号为MMBZ18VALT1，它的反向隔离电压为14.5V，击穿电压为18V，用来保护BQ24103的充电引脚。

　　AN1为移动抄表终端的电源总开关。供电电压分别经过LM1117-3.3V和MP2259电源管理芯片产生稳定、精确的+3.3V和+5V的电压。其中，C38= C45=220μF，它既是储能电容，也是滤波电容;C20=C34=0.1μF用来改善输入电压波纹;C75=C46=10μF，C21=C22=0.1μF，用来消除输出电压的高低频噪声。LM1117芯片是一个低压差电压调节器，其压差在1.3V输出，负载电流为1A时为1.3V;MP2259芯片可以通过R44和R47的外部电阻分压实现+0.81V~+14V的输出电压，其中，R44 =49.9K，R47=9.53K，电阻精度误差为1%，产生高精度的+5V电压。

系统的蓝牙模块、RS485模块、高频模块和单片机控制模块都是+3.3V直流电压供电，红外模块和超高