基于LoRa自组网的智能电表集抄系统设计与实现
这是一篇关于智能电表,集抄系统,LoRa,透明传输,自组网,冲突避让的论文, 主要内容为随着国家城市化水平的不断提高和智能电网建设的快速推进,智能电表集抄系统作为智能电网的重要组成部分,正越来越多的受到政府和企业的重视。如何高效、稳定地抄读大量分散的智能电表逐渐成为相关电力公司的研究热点之一。LoRa(Long Rang,基于扩频技术的超远距离无线传输方案)是一种新兴的物联网无线通信技术,具有传输距离远、通信功耗低、可扩展性强等特点,使用在智能电表远程无线集抄方面有着天然的优势,在此背景下,本文设计实现一种基于LoRa自组网的智能电表集抄系统,用以在完成抄表任务的同时扩展覆盖范围,降低抄读成本,提高经济效益。本文的主要工作内容如下:1.在提出本集抄系统的总体架构、功能要求、性能指标后,对LoRa无线通信模块与LoRa透明传输技术进行研究,根据课题应用背景和相关技术,设计了采用LoRa透明传输技术的智能电表中继组网传输协议,用于保证电表节点和中继节点的可靠通信。2.在传输协议的设计基础上,设计了集抄网络的组网方案,首先在构建了组网链路模型的基础上,提出一种基于瓶颈能量算法的最优跳路由路径选择方案,选出最佳的中继路由网络及相应的传输配置,利用中继组网的方法延长通信距离,降低能量损耗;然后对RTS/CTS(握手机制)和CSMA/CA(载波侦听多路访问机制)进行研究分析,基于以上技术提出一种基于LoRa集抄通信的冲突避让方案,用以解决网络拥堵问题。3.集抄系统软硬件模块设计,主要为电表与采集器的软硬件设计,给出了各自的流程框图及其对应文字说明,其中软件设计部分包含上文所述的LoRa集抄网络构建程序相关设计,之后对服务器进行集群设计用以提升数据处理能力。4.对系统通信距离、节点自组网性能和系统整体性能进行测试,测试方法依照国家电网的相关标准及本文第二章对集抄系统功能需求、性能指标设计决定。通过实验与分析,本系统在实现基本的智能电表电力数据集抄功能的同时,满足了设定的性能指标要求。
基于云服务的智能电表嵌入式软件测试管理系统的设计与开发
这是一篇关于智能电表,测试管理系统,Angular,Docker,openPGP,Spring MVC的论文, 主要内容为智能电表是现代化智能电网建设的基础设施,智能电表除了常规计费外,还能够为电力有效调度提供真实的数据。智能电表的测试和备案是部署智能电网建设的重要组成部分,这对电网的可靠运行有着直接影响。因此,科学快速、便捷地对智能电表品质进行测试和控制,及时高效完成备案,就成为评价智能电表品质管理能力的关键指标。本文对智能电表测试、备案和加密的实际需求进行详细分析,并设计了各项业务的运作流程。系统采用基于云服务的B/S架构,借助Spring MVC、MySQL、Node和Angular等技术设计系统软件架构。本文对智能电表测试管理系统的整体做了规划;遵循数据库设计范式,完成了数据库的设计;遵循RESTful规范,完成了云服务API的设计;引入RBAC机制,实现了基于角色的访问控制;引入JWT技术,实现了基于令牌的身份验证控制;基于Angular框架,通过MVC分层设计,实现了可靠流畅的交互体验。论文研究了智能电表软件一致性测试的过程,分析了浏览器与测试上位机网络通信的多种实现方案,最终设计并制定了基于WebSocket技术的通信协议,实现了多块智能电表并行测试、实时展示比对进度、测试结果报表生成和测试结果云同步等功能。论文还对系统的安全性进行了理论研究,对智能电表测试管理系统实际需求和特点进行分析。在传输层,引入TLS加密,保障数据传输安全性;在应用层,论文分析了多种加密模型,结合本系统的特点,设计了基于Docker私有容器,具备安全验证机制的加密专用容器,并将非对称加密、对称加密和数字签名技术应用于该容器中,保障备案软件在云服务器的存储安全。最后,在云端搭建智能电表测试管理系统的运行环境,并且进行了单元测试、模块测试和端到端测试,结果表明,系统达到了设计需求。
集中式电能表测控软件设计与实现
这是一篇关于智能电表,NB-IoT,远程抄表,485总线,射频卡,电量预测的论文, 主要内容为智能电表是智能电网数据采集的基本设备之一,承担着原始电能数据采集、计量和传输的任务,是实现信息集成、分析优化和信息展现的基础,在智能电网建设中扮演着不可取代的角色。智能电表及其管理系统的开发已经从控制生产用电深入到加强用电管理、提升用户体验,并对其功能性、安全性和实时性都有了更高的要求。目前电表管理系统存在功能性不足、难以扩展、兼容性低等问题。设计一套功能完备的智能电表管理系统不仅可以实现对电表的管理及功能扩展,保证电表的安全性,还能满足用户的多样化需求,在一定程度上推动了智能电网建设和社会发展。本文从智能电表管理系统的发展现状出发,结合企业的实际需求,设计了一个具有数据自动采集、用户信息管理、用电数据分析和用电数据预测等功能的集中式电能表测控软件系统。企业可以远程实时监控、评估电表的健康状态,并采取适当措施防止窃电、供电中断和电能质量扰动。本文的主要研究工作如下:基于QT平台完成上位机开发,实现了对集中式电能表的控制和数据存储及可视化分析,为企业解决了基础信息管理和数据分析难题。利用信息编码技术设计通信协议实现了物联网智能电表的多种通信方式及双向通信。采用NB-IoT(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)技术,利用有人云物联网平台,实现上位机对集中式电能表的无线控制。编写Web服务程序,结合Spring Boot和Mybatis框架,实现用电数据自动采集并保存到My Sql数据库中,完成了远程抄表。使用基于LSTM(Long Short-Term Memory,LSTM)神经网络的模型,完成对用电数据的预测。企业可以根据电量预测调整电能供需,实现资源的优化配置。本文最后对集中式电能表测控软件和集中式电能表进行联调,对系统功能和稳定性进行测试。测试结果表明:测控软件系统运行稳定可靠;能够兼容多种通信方式实现对电表的控制;能够在计算资源有限的情况下,对用电量作出良好的预测。该系统满足了企业的基本要求,与现有系统相比,功能更加完备,系统更加安全。
智能化电表非侵入式负荷感知技术研究
这是一篇关于智能电表,非侵入式,负荷感知,梯度提升树,参数寻优的论文, 主要内容为智能电表是智能电网重要的终端设备之一,随着泛在电力物联网概念的普及,消费者对于用电信息的关注程度逐步上升,对电表的智能化水平提出了更高的要求。通过智能化电表和非侵入式负荷感知技术的高效结合,构建智能化电表非侵入式负荷感知系统,剖析用电明细,深挖用电规律,不仅可以提升家庭用电者的消费体验,促进其和电网的良好互动,同时还能够推动智慧能源产业的升级和倡导绿色低碳的生活方式。文中首先在需求分析的基础上提出了智能化电表非侵入式负荷感知系统的设计框架。根据新一代智能电表的可扩展理念设计了模块化的硬件架构,实现了和智能化电表“双芯”的高效通信和数据的高速共享。针对多样化的用户需求和嵌入式平台的有限容量,设计了合理的数据存储管理策略和灵活的多任务实施方案。随后,通过挖掘用户行为习惯相关联的非电气量负荷特征扩展了负荷感知特征的维度,在基于事件型的基础上,使用随时间序列变化的变点累积和的变化量作为负荷事件投切的判断依据。在前向分布模型的框架下,使用回归树作为弱分类器进行训练,利用负梯度拟合上一轮的训练残差,逐步构建梯度提升树,从而提升最终线性组合的强分类器性能,作为负荷感知的算法模型,应用于嵌入式平台中。为了进一步优化辨识算法模型的效果,获取算法模型的最优参数组合,本文提出了基于优化禁忌搜索和粒子群的全局参数寻优算法,能够在全局参数寻优的效率和精度上达到较好的平衡。最后为了实现大批量用户的用电负荷信息和非侵入式负荷感知系统的有效管理,本文设计了兼容性强的实用架构。根据需求分析提出了数据库存储管理策略,涵盖了多种数据表,不仅能够记录保存用电信息,同时还能够从中提取和总结出用电习惯,作为更为准确的训练样本反馈给负荷感知算法。所设计的系统通信机制按层次进行交互,各层次之间分工明确,接口清晰。其中的数据加密层更是高级加密算法设计实现,有力保障了数据信息的安全性和系统架构的实用性。非侵入式负荷感知技术在智能电表上的应用不仅有着积极的现实意义,也是倡导低碳生活理念,构建绿色高效能源社会的重要一环。本文所涉及的负荷感知特征的扩展,负荷感知算法的优化和负荷感知系统的架构管理,为智能化电表非侵入式负荷感知技术的推广奠定了良好的基础。
智能电表管控系统设计与实现
这是一篇关于NB-IoT,物联网云平台,智能电表,管控系统,用电预测,平台稳定性设计的论文, 主要内容为电力行业的快速发展给人们的生活带来了极大地便利,然而绝大多数电表由于功能单一、抄表困难、管理成本高,难以满足各种各样的智能化服务,并且随着电力企业的业务需求不断复杂化,传统的电表管控平台存在着兼容性差、难以扩展、吞吐量不足等问题,已经无法更好的适用。基于上述现实问题,本文设计出了一种基于物联网云平台的智能电表管控系统,整个系统以智能电表和管控平台为主体,对传统的智能电表管控系统进行了升级优化,目的在于降低电力企业的管控成本、提高电力企业的管控能力以及用户的服务水平。首先,本文梳理了物联网技术的发展历程,并根据物联网技术的发展以及智能电表管控系统的需求,设计了基于物联网云平台的四层物联网系统架构,通过对四层架构的详细分析,确定好每一层架构的含义与作用。由于市面上主流的物联网云平台各有优缺,通过比较和分析,选取出最适用于本系统的物联网云平台。紧接着对物联网四层系统架构中的网络传输层进行了详细分析。终端设备通过网络与物联网云平台建立连接是整个系统的运行基础,网络通信优劣直接影响到系统的运行过程,通过比较并分析各种网络通信方式优缺,选用了最适合嵌入式终端设备的NB-Io T(Narrow Band Internet of Things)作为无线通信方式。随后,从智能电表和管控平台两个方面对管控系统进行了设计与实现。智能电表方面重点从显示通信板、供电底板和电量采集板三个方面展开设计,显示通信板和供电底板是采用两块不同的STM32主控芯片分别控制的单板,前者负责数据整合处理,后者负责供电的同时配合多个电量采集板进行采集和控制,供电底板通过片选的方式选通多路计量模块大大提升用户数量。管控平台方面包括前端服务、后端服务以及用电预测模块。前端服务基于简洁架构思维实现,同时结合了MVVM(Model-View-View Model)技术完成数据自动渲染工作。后端服务基于消息队列和池化技术完成各种业务逻辑的高效实现,并且为了保证管控平台的稳定运行和响应性能,提出并应用了平台流量限制、请求负载均衡以及缓存数据淘汰三种优化算法。用电预测模块基于LSTM(Long short-term memory)神经网络模型实现,通过对管控平台上存储的用户用电数据进行计算和预测,得到未来一段时间内的用电情况,电力企业可以根据预测结果及时的调整电能供需,实现资源的优化配置。最后,按照业务需求逐条的对智能电表管控系统中所涉及的各个单元和模块进行整体的功能和性能测试,测试结果表明本系统相较于传统的智能电表管控系统而言有着较大改良,能够更好地满足电力企业的业务需求。整个系统支持近20种异地化远程控制动作,并且系统运行时的响应时间和吞吐量也有着成倍的提升,充分说明了本系统具有较高的应用前景。
基于云服务的智能电表嵌入式软件测试管理系统的设计与开发
这是一篇关于智能电表,测试管理系统,Angular,Docker,openPGP,Spring MVC的论文, 主要内容为智能电表是现代化智能电网建设的基础设施,智能电表除了常规计费外,还能够为电力有效调度提供真实的数据。智能电表的测试和备案是部署智能电网建设的重要组成部分,这对电网的可靠运行有着直接影响。因此,科学快速、便捷地对智能电表品质进行测试和控制,及时高效完成备案,就成为评价智能电表品质管理能力的关键指标。本文对智能电表测试、备案和加密的实际需求进行详细分析,并设计了各项业务的运作流程。系统采用基于云服务的B/S架构,借助Spring MVC、MySQL、Node和Angular等技术设计系统软件架构。本文对智能电表测试管理系统的整体做了规划;遵循数据库设计范式,完成了数据库的设计;遵循RESTful规范,完成了云服务API的设计;引入RBAC机制,实现了基于角色的访问控制;引入JWT技术,实现了基于令牌的身份验证控制;基于Angular框架,通过MVC分层设计,实现了可靠流畅的交互体验。论文研究了智能电表软件一致性测试的过程,分析了浏览器与测试上位机网络通信的多种实现方案,最终设计并制定了基于WebSocket技术的通信协议,实现了多块智能电表并行测试、实时展示比对进度、测试结果报表生成和测试结果云同步等功能。论文还对系统的安全性进行了理论研究,对智能电表测试管理系统实际需求和特点进行分析。在传输层,引入TLS加密,保障数据传输安全性;在应用层,论文分析了多种加密模型,结合本系统的特点,设计了基于Docker私有容器,具备安全验证机制的加密专用容器,并将非对称加密、对称加密和数字签名技术应用于该容器中,保障备案软件在云服务器的存储安全。最后,在云端搭建智能电表测试管理系统的运行环境,并且进行了单元测试、模块测试和端到端测试,结果表明,系统达到了设计需求。
供电公司用电信息采集应用系统的设计与实现
这是一篇关于智能电表,用电采集,Modbus通信,3G无线通信的论文, 主要内容为在电力系统的运行管理工作中,电表数据抄收业务是电力系统中的重要基础业务,同时也是是电力生产计划、电能输配送与后期营销决策活动的重要数据支撑。随着信息化的背景下,使用自动化的远程抄表软件管理系统对电力系统中的电表数据抄收业务进行信息化改造,对电力系统的底层电表设备的运行状态进行远程监测,获取电表读数信息,并进行统计分析处理,确保电表的运行状态正常稳定,是电力系统未来的重要发展方向。基于上述背景,本文选择供电公司用电信息采集应用系统的设计和研发作为研究命题,主要研究内容包括:基础理论与技术研究、系统整体架构与解决方案设计以及系统的核心功能模块的开发实现等。供电公司用电信息采集应用系统通过Modbus技术、3G技术和总线通信技术,和现场设备互联,包括抄表设备、RTU单元以及智能电表设备等,从而自动将用电信息进行采集和传输,在远程服务器中进行存储和管理。供电公司管理人员可以通过本系统提供的Web服务,可实现对电表抄收数据的远程管理,以及底层电表设备的状态监控。具体而言,在本文对系统设计与研发过程中使用的Modbus通信技术、数据库开发技术以及Linux脚本开发技术进行详细研究与分析。同时对系统的功能需求和性能需求分析工作进行详细研究,提出系统的开发目标,并完成系统的整体功能结构和硬件体系的设计。在现场硬件设计中采用单片机进行集成控制,单片机的ARM芯片采用GM8180 SF-DB-E芯片,3G无线通信芯片采用Huawei EM770W WCDMA无线通信芯片,RS485/RS232总线通信芯片采用SP3485电路芯片板。按照系统的整体功能框架设计,对系统中包含的远程服务器模块和抄表设备模块进行了详细设计与实现。其中系统的远程服务器模块主要包括了Web服务功能和后台通信功能,Web服务功能用于为管理人员提供抄表数据、抄表设备和其他状态信息的可视化接口功能,后台通信功能主要实现远程服务器和抄表设备之间的数据交互和通信。抄表设备模块中包括了Modbus/TCP协议转换处理功能、串行Modbus通信功能、3G无线通信功能,其中Modbus/TCP协议转换处理功能实现Modbus和TCP/IP协议之间的格式转换,串行Modbus通信功能实现现场RTU单元和抄表设备之间的数据通信功能,3G无线通信功能实现了抄表设备和远程服务器之间的通信功能。论文最后对系统的功能和性能测试工作进行简要分析,并对系统的运行效果进行了评价,在此基础上对系统的进一步完善予以展望。
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