通過(guò)電力線(xiàn)通信(PLC/AMR)實(shí)現自動(dòng)抄表
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在20世紀的大部分時(shí)間，電力公司的抄表員通過(guò)挨家挨戶(hù)查看電表的機電式計數器來(lái)記錄用電量。再到辦公室將記錄的電表讀數輸入到電力公司的用戶(hù)收費記錄中。如今，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，這種勞動(dòng)密集型的人工抄表操作已經(jīng)逐步被自動(dòng)抄表(AMR)系統所取代。
在20世紀90年代早期的AMR市場(chǎng)，電力公司認識到AMR的商業(yè)價(jià)值，因為減少抄表的員工數量可節省費用支出。那時(shí)，電力公司只需要每月對居民/工業(yè)用戶(hù)進(jìn)行一次抄表，因此早期的AMR系統采用近距離方案，仍然需要去電表現場(chǎng)抄表。數據流是單向的：從電表到電力公司工作人員持有的抄表器終端。
如今，對AMR的要求已經(jīng)遠遠超出了節省抄表成本這一點(diǎn)?，F在，電力公司為了更有效地管理他們的資源，正在尋求能在電表與家庭辦公室之間提供即時(shí)雙向通信的技術(shù)方案。這正是AMR備受歡迎的原因。AMR在用戶(hù)關(guān)系管理(CRM)和避免收入損失方面具有新的優(yōu)勢，AMR的電子式質(zhì)詢(xún)-響應能力能實(shí)現這些優(yōu)勢。
電力線(xiàn)通信實(shí)現AMR
為滿(mǎn)足當今AMR的通信需要，電力公司正在尋求電力線(xiàn)通信(PLC)技術(shù)。PLC是一種通過(guò)電力線(xiàn)傳輸數據(音頻、視頻、控制信號等)的工業(yè)標準
降低基礎設施成本。PLC系統依靠現有的電力線(xiàn)，不需要構建新的網(wǎng)絡(luò )基礎設施。
對邊遠地區的覆蓋面比RF方案更廣。
可由管理中心實(shí)現全面控制，降低管理總成本。
防止收入損失。PLC可遠程監控，并檢測電表篡改行為。這有助于控制損失(即防竊電)，以及在系統出現故障或崩潰時(shí)進(jìn)行維護。
可以集成各種不同服務(wù)和實(shí)現“智能”家電控制。
能遠程監視其它傳感器(火災、溫度、入口、出口等)。
記錄每日的用電量，縮短“抄表到收費”的時(shí)間，以改善財務(wù)收入狀況。
預付費和繳費帳戶(hù)自動(dòng)管理。
實(shí)現按使用付費方案。
Maxim的PLC/AMR參考設計
Maxim公司提供自動(dòng)PLC/AMR方案，從應用角度看，這是一種類(lèi)似常見(jiàn)的以太網(wǎng)的組網(wǎng)方法。本參考設計基于正交頻分復用(OFDM)技術(shù)，可實(shí)現高可靠性、最大傳輸速率為14Mbps的數據傳輸。
對于OFDM系統來(lái)說(shuō)，電表監視系統(AMR)的要求相對比較容易滿(mǎn)足。每月一次，必須傳輸幾十到幾百字節的AMR消息。其余大部分時(shí)間，通信通道都是閑置的。因此，數據速率和數據響應時(shí)間都不是AMR系統中特別重要的因素。相反，可靠性和堅固的網(wǎng)絡(luò )至關(guān)重要，事實(shí)證明，OFDM是克服AC線(xiàn)路固有噪聲大這一缺點(diǎn)的最佳方案。
在Maxim參考設計中，MAXQ3120電量測量微控制器通過(guò)異步串行鏈路以1200bps的數據速率與MAX2986 PLC基帶芯片通信。對MAX2986的固件稍加改動(dòng)，即可通過(guò)其內部UART進(jìn)行通信，并識別符合DL/T645電表協(xié)議的幀格式。
該參考設計必須解決的一個(gè)問(wèn)題是MAC層地址和DL/T645網(wǎng)絡(luò )地址之間的關(guān)系問(wèn)題。由于DL/T645不具有解析MAC層地址的機制(IP棧中ARP具有該功能)，所以有兩種應對方案：讓主機跟蹤網(wǎng)絡(luò )和每一個(gè)電表的MAC標識，或者使MAC地址和網(wǎng)絡(luò )地址之間具有某種固定的關(guān)系。本參考設計采用后一種方法。
在本設計中，網(wǎng)絡(luò )地址區域為空白的電表會(huì )質(zhì)詢(xún)相關(guān)的PLC芯片組，要求為其分配地址。作為回應，PLC芯片組將MAC地址本身作為有效載荷，發(fā)送一個(gè)標準的DL/T645地址設置消息。這樣，可保證每個(gè)電表都有唯一的網(wǎng)絡(luò )地址(只要MAC地址也唯一)。注意，這是電表芯片(MAXQ3120)唯一一次主動(dòng)發(fā)送消息。
通信按下列步驟進(jìn)行：
主機PC產(chǎn)生一個(gè)請求，并將該請求發(fā)送至外部PLC Modem。
PLC Modem分析該請求，并將DL/T645消息頭中的電表地址轉換為以太網(wǎng)MAC。
附有新MAC的以太網(wǎng)信息包通過(guò)電力線(xiàn)被發(fā)送出去。
電表接收信息包，并確定消息是發(fā)給自己的。并存儲源MAC地址，以備在響應包中使用。
PLC MAC提取有效載荷，并將它發(fā)送給MAXQ3120。
MAXQ3120響應請求，將一個(gè)信息包送回PLC MAC芯片。
MAC控制器構建并發(fā)送以太網(wǎng)信息包，用所存儲的請求包源地址作為響應包的目的地址。
主機PLC Modem接收響應包，提取有效載荷，然后將其發(fā)送給主機PC。
采用該方法，PLC/AMR電表整合了PLC協(xié)議和DL/T645協(xié)議。這種方案避免了必須在電表中同時(shí)建立網(wǎng)絡(luò )層地址和MAC地址的限制。
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