適應(yīng)多種智能電表通信規(guī)約的無(wú)線抄表解決方案

摘要：本文闡述了一種適應(yīng)多種智能電表通信規(guī)約的無(wú)線數(shù)傳模塊，可嵌入多功能電表和電力負(fù)控裝置，完成遠(yuǎn)程無(wú)線抄表和遠(yuǎn)動(dòng)控制的解決方案。射頻模塊采用深圳市友訊達(dá)通訊設(shè)備有限公司的FC-210/E，該模塊采用窄帶調(diào)頻方式，數(shù)據(jù)調(diào)制采用FFSK（MSK）。數(shù)據(jù)雙向傳輸可靠，誤碼率低，有效地保證了電能表等智能儀表的數(shù)據(jù)傳輸。可廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程抄表和其它智能儀表集抄領(lǐng)域。

無(wú)線抄表在發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)早已盛行，抄表車在用戶電表附近行走一遍，電表的各種數(shù)據(jù)就抄入抄表車電腦中。然而無(wú)線抄表在國(guó)內(nèi)才剛起步，在集抄過程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵰?guī)約，也是多種多樣。雖然電力部在1998年發(fā)布了其行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——多功能電能規(guī)約，但由于種種歷史原因，到目前普及為理想。怎樣更好地實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)傳的包容性和開放透明，是應(yīng)用人員及各生產(chǎn)廠家最為關(guān)心的。

本文介紹一套能包容多種通信規(guī)約的數(shù)傳體制，它符合我國(guó)電力遠(yuǎn)端無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸實(shí)情的嵌入式無(wú)線抄表方案，已成功用于多家電表廠，取得了較好的社會(huì)效益。

1 我國(guó)電能表數(shù)據(jù)通信規(guī)約介紹

在我國(guó)運(yùn)行的眾多電能表通信規(guī)約，就其根本來(lái)說，是從VAN_COMM規(guī)約演來(lái)來(lái)。VAN_COMM規(guī)約是美國(guó)FERRANTI公司開發(fā)的信息變換標(biāo)準(zhǔn)，適用于“主從式”或“問答式”處理環(huán)境，主站（通常一個(gè)）主動(dòng)向子站（多個(gè)）詢問，子站只被動(dòng)回答。以下分別介紹我國(guó)有代表性的兩種通信規(guī)約。

1．1 多功能電能表通信規(guī)約（國(guó)家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）

該規(guī)約為主-從結(jié)構(gòu)半雙工通信方式，手持單元或其它數(shù)據(jù)終端為主站，費(fèi)率裝置為從站，每個(gè)費(fèi)率裝置均有各自的地址編碼。通信網(wǎng)絡(luò)的建立和解除均由主站發(fā)出的信息幀來(lái)控制。每幀由幀起始符、從站地址域、控制碼、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)域、幀信息縱向校驗(yàn)及幀結(jié)束符等7個(gè)域組成，每部分由若干字節(jié)組成。

a、字節(jié)格式：采用RS-232的規(guī)約

每字節(jié)含8位2進(jìn)制碼，傳輸時(shí)加上一個(gè)起始位（0），一個(gè)偶校驗(yàn)位和一個(gè)停止位（1），共11位，其傳輸序列如下圖：

b、幀格式如下：

其中：L≤200

1.2 “湖南”通信規(guī)約

“湖南”通信規(guī)約是指湖南威勝電表廠的通信規(guī)約，該規(guī)約的主要特征如下：

通信接口：標(biāo)準(zhǔn)異步RS-232/RS-485

字格式：1位起始位、8位起始位、偶校驗(yàn)、一位停止位；

波特率：300bps/600bps/1200bps/4800bps、默認(rèn)1200bps；

幀格式：

其中：L≤255

以上介紹的兩種規(guī)約是國(guó)內(nèi)電能表的最具有代表性的通信規(guī)約。從以上的規(guī)約中，可總結(jié)以下共同點(diǎn)：

·通信接口為RS-232/RS-485接口；

·幀長(zhǎng)度：≤256byte；

·波特率：300～9600bps可變；

·雙向半雙工通信方式；

·幀長(zhǎng)度不確定。

2 FC-201/E無(wú)線抄表解決方案

2.1 FC-201/E無(wú)線數(shù)傳模塊的工作原理

FC-201/無(wú)線數(shù)傳模塊是一種模組式結(jié)構(gòu)的小型雙向數(shù)傳電臺(tái)，內(nèi)置高性能單片機(jī)，信號(hào)調(diào)制解調(diào)器，VHF/UHF頻段射頻模塊及RS-232標(biāo)準(zhǔn)通訊接口。將RS-232接口輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFSK（MSK）調(diào)制，經(jīng)射頻模塊調(diào)頻后發(fā)射出去；接收端射頻模塊接收到射頻信號(hào)后，經(jīng)過接收機(jī)數(shù)字信號(hào)處理后還原為數(shù)據(jù)，回送給用戶系統(tǒng)，以此完成兩上用戶之間的雙向數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸。其原理如圖1所示。

數(shù)據(jù)的收發(fā)過程如下：

(1) 數(shù)據(jù)發(fā)送如圖2所示。

(2) 數(shù)據(jù)接收如圖3所示。

2.2 FC-201/E無(wú)線抄表解決方案

FC-201/E無(wú)線抄表解決方案的基本設(shè)計(jì)思想是在現(xiàn)有的各種多功能電表基本不變的情況下，用無(wú)線的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)集抄中心或手抄器，對(duì)各種表計(jì)的無(wú)線數(shù)據(jù)集抄。FC-201/E無(wú)線抄表解決方案的系統(tǒng)構(gòu)成。

其工作原理如下：

由集抄中心（手抄器或集抄器）根據(jù)各個(gè)電表的通信協(xié)議，對(duì)各電表進(jìn)行查詢和呼叫，各電表的地址分配與定義由多功能電表的協(xié)議確定。集抄中心的集抄內(nèi)容及過程可通過上層軟件download。當(dāng)集抄中心要獲取某一塊多功能電表的數(shù)據(jù)時(shí)，將帶該表地址碼的數(shù)據(jù)以RS-232的方式傳送給FC-201/E，中心站的FC-201/E在收到RS-232的信息后，即轉(zhuǎn)換為無(wú)線信號(hào)發(fā)射出去。外圍站的無(wú)線多功能電表在常態(tài)都處于接收狀態(tài)（即listen），當(dāng)收到本身的地址信息后，即執(zhí)行集抄中心的指令，并將中心需求的數(shù)據(jù)發(fā)送給中心。

2.3 用FC-201/E實(shí)現(xiàn)無(wú)線抄表系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

用FC-201/E實(shí)現(xiàn)無(wú)線抄表必須解決以下幾個(gè)問題：

（1）數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?/p>

由于多功能電表的安裝環(huán)境參差不齊，而且電磁環(huán)境也各個(gè)相同，為實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)的可靠性傳輸FC-201/E采用了以下措施：

·采用窄帶的通信方案

通信帶寬為25kHz，接收及發(fā)射的帶外抑制比≥60dB，由此使得干擾信號(hào)落入帶內(nèi)的概率大大降低。

·采用調(diào)頻的通信體制

FC-201/E采用調(diào)頻販通信體制，在通信過程中基帶信號(hào)的特性在無(wú)線的傳輸過程中體現(xiàn)在無(wú)線信號(hào)的領(lǐng)域特性上。因此在傳輸過程中，接收點(diǎn)的信號(hào)特性不會(huì)因?yàn)榻邮拯c(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度的變化而變化，大大地提高了抗多徑能力，同時(shí)也可適應(yīng)多種安裝環(huán)境。

·采用了糾錯(cuò)、檢錯(cuò)措施

（2）數(shù)據(jù)協(xié)議的包容性

由前面的介紹可知，我國(guó)多功能電表的通信協(xié)議同出一轍，但基具體內(nèi)容卻各具特色。大多數(shù)廠家在以前的設(shè)計(jì)過程中，多以有線或紅外的通信方式為基礎(chǔ)，作為無(wú)線數(shù)傳。要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，應(yīng)以幀結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行傳輸，然而采用傳統(tǒng)的定幀傳輸已很難適應(yīng)要求。為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌菪?，在FC-201/E的設(shè)計(jì)中采用了以下的包容性設(shè)計(jì)方案：

·空中數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)組幀；

·接口速率自適應(yīng)；

·用戶數(shù)據(jù)全透明。

由此設(shè)計(jì)的FC-201/E已完全拋開了各種電能表通信規(guī)約本身的內(nèi)涵，而實(shí)現(xiàn)了表與集抄器之間各種通信約的全透明傳輸。

（3）數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)效性

在FC-201/E無(wú)線抄表解決方案中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)效性是一個(gè)非常關(guān)鍵的參數(shù)，該參數(shù)直接關(guān)系到系統(tǒng)的容量。為了提高FC-201/E數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)效性，首先在調(diào)制方式上采用了FFSK（MSK）的調(diào)制方式，從而支持了2400bps的傳輸速率，同時(shí)在硬件上采用發(fā)射機(jī)的快速啟動(dòng)技術(shù)，保證了發(fā)射機(jī)的開啟時(shí)間≤25ms。

FC-201/E的接收靈敏度高達(dá)0.25μV，發(fā)射功率為50～100mW，這樣即可實(shí)現(xiàn)500～800m的有效距離傳輸。FC-201/E的體積為46mm×72mm×14mm，因此可以方便地嵌入到電表中。

FC-201/E可適應(yīng)多種通信規(guī)約，各種智能電表只需將其RS-232/RS-485或UART與FC-201/E的通信接口相聯(lián)，即可方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)線電表集抄。

隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，全面實(shí)現(xiàn)用電管理和集中抄表的現(xiàn)代化已成為必然趨勢(shì)。尤其是在電力線載波抄表，IC卡預(yù)付費(fèi)電表以及紅外抄表在實(shí)用中遇到不少剖的情況下，堅(jiān)信FC-201/E會(huì)給無(wú)線遠(yuǎn)程抄表開創(chuàng)一個(gè)新的局面。