小功率無線通訊在電表中的應(yīng)用

自國家無線電管理委員會將470～510Mhz規(guī)劃給民用無線計量儀表等類型設(shè)備使用，各類表計制造企業(yè)紛紛開始進行小功率無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)难芯考爱a(chǎn)品化設(shè)計。其中可能因行業(yè)應(yīng)用的不同而影響整體設(shè)計方案不同，同時各地方表計的主管部門也紛紛推出鼓勵政策，以促進該類行業(yè)的科技創(chuàng)新及產(chǎn)品應(yīng)用。

　　1. 小功率無線通訊在電表中的應(yīng)用及發(fā)展

　　電表的發(fā)展經(jīng)過了機械式計量到電子式計量的過程，目前正在由電子式計量進入到電子智能化的階段，并且發(fā)展迅速。

　　電表應(yīng)用的自動抄表經(jīng)歷了紅外抄表，RS485總線通訊抄表，PLC電力線載波抄表，及目前正在發(fā)展的小功率無線抄表、GPRS抄表的階段。在目前的市場中，各總抄表方式共存、互補，并且在新的國家電網(wǎng)的電表標準中，已經(jīng)將通訊模塊的物理接口做出強制規(guī)定，也為電表的各種通訊方式的兼容鋪平了道路。小功率無線抄表之所以在各類抄表模式的競爭中引起表計制造廠家的關(guān)注，主要有以下幾個優(yōu)勢：

　　1)抄通率高。

　　2)通訊效率高。

　　3)安裝成本低。

　　4)可拓展應(yīng)用多。

　　5)小功率無線技術(shù)門檻低，易于形成產(chǎn)品。

　　總體說來在實際應(yīng)用中小功率無線通訊在目前的階段主要可以解決不入戶抄表，實時上傳數(shù)據(jù)，電表故障監(jiān)測及未來實現(xiàn)智能電網(wǎng)合理分配電能等等功能。

　　電表由于有穩(wěn)定的供電電源，相對對于智能化發(fā)展的過程中，對自身計量及智能控制，數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中的能耗相對要求并不是非?？量?，所以能夠在應(yīng)用中靈活處理無線抄表碰到的問題，但也有其他三表中要求更高的電氣指標。

　　在電表的應(yīng)用中基本要求具有如下的技術(shù)功能：

　　1) 自行組網(wǎng)功能。

　　2) 通訊自動調(diào)頻功能。

　　3) 可根據(jù)功能的拓展需求自升級功能。

　　1.1 自組網(wǎng)功能

　　無線自組網(wǎng)是一組以無線鏈路進行通信、由移動節(jié)點動態(tài)形成得網(wǎng)絡(luò), 它是一個多跳的臨時性自治系統(tǒng)。

　　與單跳的無線網(wǎng)絡(luò)不同，自組網(wǎng)節(jié)點之間是通過多跳數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機制進行數(shù)據(jù)交換的, 需要路由協(xié)議進行分組轉(zhuǎn)發(fā)決策。無線信道變換的不規(guī)則性, 節(jié)點的移動、加入、退出網(wǎng)絡(luò)等也會引起網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的動態(tài)變換, 路由協(xié)議的作用就是在這種環(huán)境下，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)變換，交換路由信息。定位目的節(jié)點位置，產(chǎn)生、維護和選擇路由，并根據(jù)選擇的路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，提供網(wǎng)絡(luò)的連通性。它是移動節(jié)點互相通信的基礎(chǔ)。

　　無線自組網(wǎng)的主要特點在于不需要固定的基礎(chǔ)設(shè)施支撐，不需要預(yù)先配置主機，能夠在任何時間、任何地點快速的組建起一個移動通信網(wǎng)絡(luò);節(jié)點可以任意移動，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)動態(tài)變化，沒有專用的固定基站或路由操作作為網(wǎng)絡(luò)的管理中心，網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點都兼有主機和路由器的功能;節(jié)點間以對等的方式進行通信, 具有高度的協(xié)作性，網(wǎng)絡(luò)路由學(xué)藝通常采用分布式控制方式，比中心結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)具有更強的魯棒性和抗毀性等。

　　1.2 防沖撞通訊或自動跳頻功能

　　在設(shè)置路由設(shè)備的頻率時，由于采用的是同頻收發(fā)，自然就存在節(jié)點之間的同頻干擾問題。在解決這個問題時，可以使用載波偵聽多點接入/ 避免沖撞的方法。在每次發(fā)送數(shù)據(jù)時，需要先等待一個任意長的周期，在這個任意的退避時間之后，如果設(shè)備發(fā)現(xiàn)信道空閑，就會發(fā)送數(shù)據(jù)幀;反之，如果設(shè)備發(fā)現(xiàn)信道正忙，則將等待任意長的周期后，再次嘗試接入信道。這樣可大大降低沖突發(fā)生次數(shù)的概率，從而能夠滿足抄表的需要。

　　1.3 自動升級功能

　　根據(jù)日后的用戶需求，增加更多的功能及產(chǎn)品升級、調(diào)整等，無線抄表的方案在設(shè)計之初需要預(yù)留自升級的功能及接口，這樣可以大大增加產(chǎn)品的使用期限及附加值。2. 小功率無線通訊在氣、水表中的應(yīng)用及發(fā)展

　　隨著國家的節(jié)能減排的大政策背景下，氣、水表的發(fā)展將實現(xiàn)跨越是發(fā)展的趨勢。由目前仍然在使用的以機械式計量為主的方式直接進入到智能式計量、控制的方式。

　　氣、水表有一個共同的特點：電源部分絕大多數(shù)都是使用電池進行供電。所以對于無線抄表的實現(xiàn)則相比電表對于自身能耗的指標要嚴格許多。

　　主要的技術(shù)要求如下：

　　1) 超低功耗

　　由于氣、水表都是使用電池進行供電，在原有的電子部分增加無線通訊的功能，并不顯著減少工作使用壽命的要求，則對設(shè)計者提出更高的要求。

　　有于自組網(wǎng)為保持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點及通訊路徑的穩(wěn)定，必須要頻繁進行節(jié)點間的通訊，所以在目前的技術(shù)背景下則能難實現(xiàn)超低功耗的要求。

　　當然也可以根據(jù)實際的最終抄表系統(tǒng)要求，以固定網(wǎng)絡(luò)的方式實現(xiàn)，即設(shè)立固定路由，其余節(jié)點則指定和固定路由通訊的方式實現(xiàn)多節(jié)點無線抄表。協(xié)議也相對簡單及高效。

　　低功耗的實現(xiàn)也有賴于抄表系統(tǒng)的實際用戶需求，例如水、氣表單月在某時間段進行工作，其余時間都處于非工作狀態(tài)以減少功耗。

　　根據(jù)無線信號的強弱，自動調(diào)節(jié)發(fā)射功率，以減少功耗等等。

　　目前在水、氣表中的應(yīng)用中，以點對點的方式為主要方式，可以最簡化抄表系統(tǒng)的設(shè)計及最高效率化數(shù)據(jù)采集。

　　2) 無線信號穿透能力強

　　由于水、氣表的安裝及使用基本在每用戶房屋內(nèi)，所以無線抄表可以實現(xiàn)不入戶抄表，及用戶不在房屋內(nèi)進行抄表等實際問題。無線信號的穿透力則顯得非常重要。為提高點對點的抄表效率，實際表計廠家要求能夠無線信號能夠穿越樓層5～7層。實際設(shè)計過程中，穿透力和超低功耗需要取一個平衡點，往往需要經(jīng)過大量的現(xiàn)場試驗以達到最佳性能比。

　　3) 體積小型化

　　由于水、氣表的體積越來越小型化，本身機械傳感器部分的體積較大，留給電子計量及無線通訊模塊的結(jié)構(gòu)空間相對很小。這就要求電子部分的設(shè)計盡量小型化。所以對無線通訊模塊的集成度提出更高的要求。

　　3. 小功率無線通訊在熱表中的應(yīng)用

　　熱表目前的發(fā)展在近幾年非常迅速，隨著國家關(guān)注民生問題，解決社會矛盾的要求，熱表需求在中國的北部迅速增加。

　　目前熱表主要有兩種類型，一種是散熱片式熱能計量，主要針對老的供暖系統(tǒng)加裝計量表;另一種是新建供暖系統(tǒng)的管道式計量表。

　　在管道式計量表的技術(shù)需求基本和水、氣表的需求一致。散熱片式熱能計量表則有集成度更高的需求，傳感器的信號處理、計算，及計量數(shù)據(jù)的無線傳遞盡量能夠在一顆芯片中完成，這樣可大大提高表計的精度及減少功耗，延長表計的電池使用壽命。

　　結(jié)束語：

　　隨著國內(nèi)無線抄表的標準越來越清晰，將帶來小功率無線通訊在表類行業(yè)的應(yīng)用春天，也將出現(xiàn)更多的不同需求和應(yīng)用。芯科實驗室推出的EZRadioPro產(chǎn)品系列以高發(fā)射功率，高靈敏度及高效率的能耗比在多家表計廠家中勝出，得到廣泛應(yīng)用。在2009年推出的無線單片機Si10xx系列，以更高的集成度，超低功耗在電、水、氣、熱表的應(yīng)用中占據(jù)無線抄表市場的領(lǐng)頭羊位置，也將勢必幫助中國的表計行業(yè)無線抄表蓬勃發(fā)展。