適應多種智能電表通信規(guī)約的無線抄表解決方案

摘要：本文闡述了一種適應多種智能電表通信規(guī)約的無線數(shù)傳模塊，可嵌入多功能電表和電力負控裝置，完成遠程無線抄表和遠動控制的解決方案。射頻模塊采用深圳市友訊達通訊設備有限公司的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。可廣泛應用于遠程抄表和其它智能儀表集抄領域。

無線抄表在發(fā)達國家和地區(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。然而無線抄表在國內(nèi)才剛起步，在集抄過程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/規(guī)約">規(guī)約，也是多種多樣。雖然電力部在1998年發(fā)布了其行業(yè)標準——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。怎樣更好地實現(xiàn)無線數(shù)傳的包容性和開放透明，是應用人員及各生產(chǎn)廠家最為關心的。

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

1 我國電能表數(shù)據(jù)通信規(guī)約介紹

在我國運行的眾多電能表通信規(guī)約，就其根本來說，是從VAN_COMM規(guī)約演來來。VAN_COMM規(guī)約是美國FERRANTI公司開發(fā)的信息變換標準，適用于“主從式”或“問答式”處理環(huán)境，主站（通常一個）主動向子站（多個）詢問，子站只被動回答。以下分別介紹我國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（國家電力行業(yè)標準）

該規(guī)約為主-從結構半雙工通信方式，手持單元或其它數(shù)據(jù)終端為主站，費率裝置為從站，每個費率裝置均有各自的地址編碼。通信網(wǎng)絡的建立和解除均由主站發(fā)出的信息幀來控制。每幀由幀起始符、從站地址域、控制碼、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)域、幀信息縱向校驗及幀結束符等7個域組成，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進制碼，傳輸時加上一個起始位（0），一個偶校驗位和一個停止位（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：標準異步RS-232/RS-485

字格式：1位起始位、8位起始位、偶校驗、一位停止位；

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

幀格式：

其中：L≤255

以上介紹的兩種規(guī)約是國內(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，可總結以下共同點：

·通信接口為RS-232/RS-485接口；

·幀長度：≤256byte；

·波特率：300～9600bps可變；

·雙向半雙工通信方式；

·幀長度不確定。

2 FC-201/E無線抄表解決方案

2.1 FC-201/E無線數(shù)傳模塊的工作原理

FC-201/無線數(shù)傳模塊是一種模組式結構的小型雙向數(shù)傳電臺，內(nèi)置高性能單片機，信號調(diào)制解調(diào)器，VHF/UHF頻段射頻模塊及RS-232標準通訊接口。將RS-232接口輸入的數(shù)據(jù)進行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后，經(jīng)過接收機數(shù)字信號處理后還原為數(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無線抄表解決方案

FC-201/E無線抄表解決方案的基本設計思想是在現(xiàn)有的各種多功能電表基本不變的情況下，用無線的方式來實現(xiàn)集抄中心或手抄器，對各種表計的無線數(shù)據(jù)集抄。FC-201/E無線抄表解決方案的系統(tǒng)構成。

其工作原理如下：

由集抄中心（手抄器或集抄器）根據(jù)各個電表的通信協(xié)議，對各電表進行查詢和呼叫，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。當集抄中心要獲取某一塊多功能電表的數(shù)據(jù)時，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，即轉換為無線信號發(fā)射出去。外圍站的無線多功能電表在常態(tài)都處于接收狀態(tài)（即listen），當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實現(xiàn)無線抄表系統(tǒng)的技術關鍵點

用FC-201/E實現(xiàn)無線抄表必須解決以下幾個問題：

（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)境也各個相同，為實現(xiàn)無線數(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的特性在無線的傳輸過程中體現(xiàn)在無線信號的領域特性上。因此在傳輸過程中，接收點的信號特性不會因為接收點信號強度的變化而變化，大大地提高了抗多徑能力，同時也可適應多種安裝環(huán)境。

·采用了糾錯、檢錯措施

（2）數(shù)據(jù)協(xié)議的包容性

由前面的介紹可知，我國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)廠家在以前的設計過程中，多以有線或紅外的通信方式為基礎，作為無線數(shù)傳。要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，應以幀結構方式進行傳輸，然而采用傳統(tǒng)的定幀傳輸已很難適應要求。為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌菪?，在FC-201/E的設計中采用了以下的包容性設計方案：

·空中數(shù)據(jù)動態(tài)組幀；

·接口速率自適應；

·用戶數(shù)據(jù)全透明。

由此設計的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效性

在FC-201/E無線抄表解決方案中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r效性是一個非常關鍵的參數(shù)，該參數(shù)直接關系到系統(tǒng)的容量。為了提高FC-201/E數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r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，同時在硬件上采用發(fā)射機的快速啟動技術，保證了發(fā)射機的開啟時間≤25ms。

FC-201/E的接收靈敏度高達0.25μV，發(fā)射功率為50～100mW，這樣即可實現(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)，即可方便地實現(xiàn)無線電表集抄。

隨著現(xiàn)代計算機技術和無線通信技術的迅猛發(fā)展，全面實現(xiàn)用電管理和集中抄表的現(xiàn)代化已成為必然趨勢。尤其是在電力線載波抄表，IC卡預付費電表以及紅外抄表在實用中遇到不少剖的情況下，堅信FC-201/E會給無線遠程抄表開創(chuàng)一個新的局面。