適應多種智能電表通信規約的無(wú)線(xiàn)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約的無(wú)線(xiàn)數傳模塊，可嵌入多功能電表和電力負控裝置，完成遠程無(wú)線(xiàn)抄表和遠動(dòng)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，該模塊采用窄帶調頻方式，數據調制采用FFSK（MSK）。數據雙向傳輸可靠，誤碼率低，有效地保證了電能表等智能儀表的數據傳輸?？蓮V泛應用于遠程抄表和其它智能儀表集抄領(lǐng)域。

無(wú)線(xiàn)抄表在發(fā)達國家和地區早已盛行，抄表車(chē)在用戶(hù)電表附近行走一遍，電表的各種數據就抄入抄表車(chē)電腦中。然而無(wú)線(xiàn)抄表在國內才剛起步，在集抄過(guò)程中數據傳輸的通訊規約，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)現無(wú)線(xiàn)數傳的包容性和開(kāi)放透明，是應用人員及各生產(chǎn)廠(chǎng)家最為關(guān)心的。

本文介紹一套能包容多種通信規約的數傳體制，它符合我國電力遠端無(wú)線(xiàn)數據傳輸實(shí)情的嵌入式無(wú)線(xiàn)抄表方案，已成功用于多家電表廠(chǎng)，取得了較好的社會(huì )效益。

1 我國電能表數據通信規約介紹

在我國運行的眾多電能表通信規約，就其根本來(lái)說(shuō)，是從VAN_COMM規約演來(lái)來(lái)。VAN_COMM規約是美國FERRANTI公司開(kāi)發(fā)的信息變換標準，適用于“主從式”或“問(wèn)答式”處理環(huán)境，主站（通常一個(gè)）主動(dòng)向子站（多個(gè)）詢(xún)問(wèn)，子站只被動(dòng)回答。以下分別介紹我國有代表性的兩種通信規約。

1．1 多功能電能表通信規約（國家電力行業(yè)標準）

該規約為主-從結構半雙工通信方式，手持單元或其它數據終端為主站，費率裝置為從站，每個(gè)費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、數據長(cháng)度、數據域、幀信息縱向校驗及幀結束符等7個(gè)域組成，每部分由若干字節組成。

a、字節格式：采用RS-232的規約

每字節含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”通信規約

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

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

以上介紹的兩種規約是國內電能表的最具有代表性的通信規約。從以上的規約中，可總結以下共同點(diǎn)：

·通信接口為RS-232/RS-485接口；

·幀長(cháng)度：≤256byte；

·波特率：300～9600bps可變；

·雙向半雙工通信方式；

·幀長(cháng)度不確定。

2 FC-201/E無(wú)線(xiàn)抄表解決方案

2.1 FC-201/E無(wú)線(xiàn)數傳模塊的工作原理

FC-201/無(wú)線(xiàn)數傳模塊是一種模組式結構的小型雙向數傳電臺，內置高性能單片機，信號調制解調器，VHF/UHF頻段射頻模塊及RS-232標準通訊接口。將RS-232接口輸入的數據進(jìn)行FFSK（MSK）調制，經(jīng)射頻模塊調頻后發(fā)射出去；接收端射頻模塊接收到射頻信號后，經(jīng)過(guò)接收機數字信號處理后還原為數據，回送給用戶(hù)系統，以此完成兩上用戶(hù)之間的雙向數據無(wú)線(xiàn)傳輸。其原理如圖1所示。

數據的收發(fā)過(guò)程如下：

(1) 數據發(fā)送如圖2所示。

(2) 數據接收如圖3所示。

2.2 FC-201/E無(wú)線(xiàn)抄表解決方案

FC-201/E無(wú)線(xiàn)抄表解決方案的基本設計思想是在現有的各種多功能電表基本不變的情況下，用無(wú)線(xiàn)的方式來(lái)實(shí)現集抄中心或手抄器，對各種表計的無(wú)線(xiàn)數據集抄。FC-201/E無(wú)線(xiàn)抄表解決方案的系統構成。

其工作原理如下：

由集抄中心（手抄器或集抄器）根據各個(gè)電表的通信協(xié)議，對各電表進(jìn)行查詢(xún)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。集抄中心的集抄內容及過(guò)程可通過(guò)上層軟件download。當集抄中心要獲取某一塊多功能電表的數據時(shí)，將帶該表地址碼的數據以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(wú)線(xiàn)信號發(fā)射出去。外圍站的無(wú)線(xiàn)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，即執行集抄中心的指令，并將中心需求的數據發(fā)送給中心。

2.3 用FC-201/E實(shí)現無(wú)線(xiàn)抄表系統的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

用FC-201/E實(shí)現無(wú)線(xiàn)抄表必須解決以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）數據傳輸的可靠性

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)現無(wú)線(xiàn)數據的可靠性傳輸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的概率大大降低。

·采用調頻的通信體制

FC-201/E采用調頻販通信體制，在通信過(guò)程中基帶信號的特性在無(wú)線(xiàn)的傳輸過(guò)程中體現在無(wú)線(xiàn)信號的領(lǐng)域特性上。因此在傳輸過(guò)程中，接收點(diǎn)的信號特性不會(huì )因為接收點(diǎn)信號強度的變化而變化，大大地提高了抗多徑能力，同時(shí)也可適應多種安裝環(huán)境。

·采用了糾錯、檢錯措施

（2）數據協(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，但基具體內容卻各具特色。大多數廠(chǎng)家在以前的設計過(guò)程中，多以有線(xiàn)或紅外的通信方式為基礎，作為無(wú)線(xiàn)數傳。要實(shí)現數據的可靠傳輸，應以幀結構方式進(jìn)行傳輸，然而采用傳統的定幀傳輸已很難適應要求。為了提高數據傳輸的包容性，在FC-201/E的設計中采用了以下的包容性設計方案：

·空中數據動(dòng)態(tài)組幀；

·接口速率自適應；

·用戶(hù)數據全透明。

由此設計的FC-201/E已完全拋開(kāi)了各種電能表通信規約本身的內涵，而實(shí)現了表與集抄器之間各種通信約的全透明傳輸。

（3）數據傳輸的時(shí)效性

在FC-201/E無(wú)線(xiàn)抄表解決方案中，數據傳輸的時(shí)效性是一個(gè)非常關(guān)鍵的參數，該參數直接關(guān)系到系統的容量。為了提高FC-201/E數據傳輸的時(shí)效性，首先在調制方式上采用了FFSK（MSK）的調制方式，從而支持了2400bps的傳輸速率，同時(shí)在硬件上采用發(fā)射機的快速啟動(dòng)技術(shù)，保證了發(fā)射機的開(kāi)啟時(shí)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(shí)現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)現無(wú)線(xiàn)電表集抄。

隨著(zhù)現代計算機技術(shù)和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，全面實(shí)現用電管理和集中抄表的現代化已成為必然趨勢。尤其是在電力線(xiàn)載波抄表，IC卡預付費電表以及紅外抄表在實(shí)用中遇到不少剖的情況下，堅信FC-201/E會(huì )給無(wú)線(xiàn)遠程抄表開(kāi)創(chuàng )一個(gè)新的局面。