藍牙技術(shù)在電力抄表中的應用

引言

　　現有的人力手工抄表方式，工作量大，準確度差，且只能一月左右反映一次用電情況，其信息反饋速度相對于電力調度的瞬間操作遠遠滯后，因而無(wú)法實(shí)現高低峰的電價(jià)應有所不同的要求，使人工抄表方式亟待改革。而目前提出的一些自動(dòng)抄表方案是將數字電表的用電量信息利用紅外傳輸方式，通過(guò)電話(huà)線(xiàn)或局域網(wǎng)傳輸到接收端(如：物業(yè)公司或電業(yè)管理部門(mén))。此類(lèi)方案問(wèn)題有三：(1)家庭中的紅外控制信號過(guò)多(如：有多種家電遙控器)會(huì )干擾數據的準確性，(2)使用電話(huà)線(xiàn)傳輸不可能作到實(shí)時(shí)，而且接收端所需的Modem池等費用過(guò)高，(3)使用局域網(wǎng)傳輸則限于要重新安裝千家萬(wàn)戶(hù)的入戶(hù)線(xiàn)和數字信號的遠距離傳輸問(wèn)題。

　　解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵是找到一種無(wú)線(xiàn)或有線(xiàn)的傳輸方式，并且及時(shí)準確地將用電量信息傳輸到接收端。通過(guò)多種方式的比較，用藍牙技術(shù) (BlueTooth)和有線(xiàn)電視(CATV)設備相結合是一種即能避免出現上述問(wèn)題又能較好的實(shí)現實(shí)時(shí)控制的方法。即利用藍牙技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳輸、傳輸距離短(10m之內)和抗干擾性強的特點(diǎn)，先將計費電表的直流信號通過(guò)加載的BlueTooth芯片無(wú)線(xiàn)傳輸到CATV線(xiàn)路中的上行信道，通過(guò)遍布城鄉的 CATV網(wǎng)絡(luò )，直接傳輸到物業(yè)公司或電業(yè)管理的調度部門(mén)后，再重新解調出數字信號，便可輸入到計算機中完成網(wǎng)上任一用戶(hù)的電費自動(dòng)查詢(xún)，當然，也可以與現有的電費收費網(wǎng)絡(luò )系統相連接，以及與電網(wǎng)的調度指揮中心相連接成一個(gè)完整的用電管理網(wǎng)絡(luò )。

　　
2 BlueTooth的抗干擾特點(diǎn)

　　藍牙芯片僅為9mm×9mm，目前價(jià)格為50元左右，可以直接嵌入數字電表中。其工作采用2400～2483.5MHz的ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫學(xué))頻段，這是因為該頻段內沒(méi)有其它系統的固定信號干擾，同時(shí)頻段向公眾開(kāi)放，頻段在全球范圍內有效。但同時(shí)ISM頻段作為開(kāi)放頻段，使用其中的任何頻段都會(huì )遇到不可預測的隨機干擾源(如某些家用電器、無(wú)繩電話(huà)和汽車(chē)開(kāi)門(mén)器等)[1]。因此，對外部和其它藍牙用戶(hù)的干擾源用不同的技術(shù)加以處理。

　　如：采用跳頻技術(shù)，抗信號衰落;采用快跳頻和短分組技術(shù)，減少同頻干擾，保證傳輸的可靠性;采用前向糾錯(FEC)編碼技術(shù)，減少遠距離傳輸時(shí)的隨機噪聲影響;采用FM調制方式，降低設備的復雜性等。目前藍牙技術(shù)的傳輸速率設計為1MHz，以時(shí)分方式進(jìn)行全雙工通信，其基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的組合，完全滿(mǎn)足電表收費中的實(shí)時(shí)性的要求。一個(gè)跳頻頻率發(fā)送一個(gè)同步分組，每個(gè)分組占用一個(gè)時(shí)隙，也可擴展到5個(gè)時(shí)隙。藍牙技術(shù)還支持一個(gè)異步數據通道，或 3個(gè)并發(fā)的同步話(huà)音通道，或一個(gè)同時(shí)傳送異步數據和同步話(huà)音的通道。異步通道支持最大速率72kbps、反向應答速率為57.6kbps的非對稱(chēng)連接，或者是432.6kbps的對稱(chēng)連接，這樣，可根據干擾源情況靈活加以選擇。

　　藍牙技術(shù)實(shí)現了設備的無(wú)連接工作，提供了接入數據網(wǎng)的功能，并且具有外圍設備接口，可以組成一個(gè)特定的小網(wǎng)(piconet),又稱(chēng)為微微網(wǎng)。藍牙系統采用基于包的傳輸：將信息流分片(組)打包，在每一時(shí)隙內只發(fā)送一個(gè)數據包。所有數據包格式均相同，開(kāi)始為一接入碼，接下來(lái)是包頭，最后是負載。

　　接入碼具有偽隨機性質(zhì)，在某些接入操作中，可使用直接序列編碼。接入碼包括微微網(wǎng)主單元標志，在該信道上，所有包交換都使用該主單元標志進(jìn)行標識，只有接入碼與接入微微網(wǎng)主單元的接入碼相匹配時(shí)，才能被接收，從而防止一個(gè)微微網(wǎng)的數據包被恰好加載到相同跳頻載波的另一微微網(wǎng)單元所接收，這樣，使樓群間不同用戶(hù)的信號很容易區別。

　　
3 BlueTooth與CATV間的傳輸

　　CATV作為遍布城鄉的寬帶網(wǎng)絡(luò )，其上行信道有5～65M的豐富的頻帶資源可用，我們采用34.45MHz作為載頻。利用安裝在用戶(hù)入線(xiàn)端的藍牙接口，直接用藍牙核心協(xié)議所定義并提供安全的RF方式發(fā)送到物業(yè)公司或電業(yè)管理的調度部門(mén)的接收機，再調制為數字信號至相應計算機中即可。如圖所示。

藍牙技術(shù)在電表計費中的應用

　　CATV的無(wú)連接特點(diǎn)可以將實(shí)時(shí)數據在網(wǎng)上隨時(shí)傳輸到遠程的接收端，這是利用PSTN和LAN網(wǎng)方案所不具有的優(yōu)勢。對于在接收端如何區別來(lái)自不同用戶(hù)的數據信號的問(wèn)題，我們利用每個(gè)主單元標志唯一的特點(diǎn)，雖然網(wǎng)絡(luò )上的個(gè)用戶(hù)數據傳輸的載頻相同，但在CATV傳輸時(shí)將主單元標志作為識別碼來(lái)解決。

　　接收端的解調，可用現有的電纜調制解調器完成，但成本較大，這可以通過(guò)改造專(zhuān)用的可尋址調制解調器來(lái)實(shí)現，即改變其相應的晶振和接收電路即可[2]。

　　解調后的數字信號送入基于Windows平臺的Oracle數據庫中，可以完成相應的數據查詢(xún)、檢索、統計匯總，直接供電力調度部門(mén)作為決策依據，以實(shí)現真正的計劃用電，分時(shí)電價(jià)的要求。

　　
4 展望

　　如果再進(jìn)一步推廣到其他的數字計量設備中，還可將其連接成水費自動(dòng)查詢(xún)系統、煤氣費自動(dòng)查詢(xún)系統、采暖費自動(dòng)查詢(xún)系統、家庭安全報警系統……。利用藍牙技術(shù)和CATV結合與紅外控制方式相比的最大優(yōu)勢就在于其可形成雙向傳輸，因為CATV也是雙向網(wǎng)絡(luò )，如：用于采暖控制中，若用戶(hù)暫時(shí)無(wú)人居住可隨時(shí)報停，只需在接收端發(fā)送指令到指定的藍牙芯片即可，當然，每戶(hù)的供暖閥門(mén)須改造為可控。