【畢業(yè)學(xué)位論文】基于射頻網(wǎng)絡(luò)的抄表系統(tǒng)研究-電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文基于射頻網(wǎng)絡(luò)的抄表系統(tǒng)研究姓名：龐金齡申請學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師：韓曉萍20090430山東大學(xué)碩士論文摘要一戶一表制的推廣使供電企業(yè)的營業(yè)工作量成倍增加，加上直接管理服務(wù)業(yè)務(wù)范圍的迅速擴(kuò)大，依靠傳統(tǒng)方式已難以完成抄表等營業(yè)工作。研制開發(fā)一種涵蓋各類電力計(jì)量客戶的全方位實(shí)時(shí)自動(dòng)抄表系統(tǒng)是電網(wǎng)商業(yè)化運(yùn)營的迫切需求。近年來，隨著現(xiàn)代通訊技術(shù)和射頻技術(shù)的發(fā)展，無線通信以其成本低廉、擴(kuò)展性和可維護(hù)性好、受地理?xiàng)l件限制較少、安裝施工簡便靈活等特點(diǎn)，使用射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)區(qū)域無線抄表的條件已成熟，無線射頻系統(tǒng)用于配電網(wǎng)抄表，可以實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的高速傳輸，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，對(duì)于實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)抄表有重要的意義。本文對(duì)無線射頻通信方案的可行性和先進(jìn)性進(jìn)行了充分論證。首先簡單介紹了射頻芯片的相關(guān)知識(shí)和原理，然后根據(jù)采集終端的要求，形成微處理芯片、射頻芯片、485接口構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，并針對(duì)射頻芯片通信距離的不足，提出了基于自組網(wǎng)路由技術(shù)的無線抄表方案，簡單介紹了通信模塊的硬件、軟件設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了無線抄表路由算法，提出一種滿足實(shí)際應(yīng)用的路由算法，并給出了實(shí)際應(yīng)用實(shí)例。實(shí)踐證明，無線射頻抄表系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，達(dá)到了預(yù)期的效果和設(shè)計(jì)要求，有利于配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性管理，同時(shí)對(duì)加強(qiáng)用電管理和提高電網(wǎng)供電質(zhì)量起到了積極的作用?！娟P(guān)鍵詞】路由技術(shù)；無線射頻；無線抄表；山東大學(xué)碩of of n it i s to a of l is a i l i ty to ce i ty c i of F)as it to F)to onl of a of on F)of to of F)to t of of an of 東大學(xué)碩士論文F)is t F)d 創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。論文作者簽名：砬坌址 日 期：型罵盟關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明本人完全了解山東大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留或向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權(quán)山東大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文和匯編本學(xué)位論文。(保密論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定)論文作者簽名：盔僉峻導(dǎo)師簽名：山東大學(xué)碩士論文第一章 緒論本章主要介紹論文的背景和意義、論文的主要工作、論文得主要結(jié)構(gòu)。11論文的背景和意義近年來，智能化住宅社區(qū)建設(shè)在我國發(fā)展得很快，從沿海的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)深圳、廣州、上海到北京，以及中國西部城市成都、重慶、貴州、昆明等地均不同程度地建設(shè)了智能化示范小區(qū)。這些智能化住宅小區(qū)的建設(shè)，提高了住戶的生活質(zhì)量，擴(kuò)大了住戶的居住空間，為當(dāng)?shù)刂悄芑ㄔO(shè)起到了示范作用n別。建設(shè)部出臺(tái)了一些指導(dǎo)性文件，明文規(guī)定21世紀(jì)的住宅中應(yīng)該有自動(dòng)抄表系統(tǒng)，并且作為是否應(yīng)用了高科技技術(shù)的條件之一，在客觀上推動(dòng)了這個(gè)行業(yè)的發(fā)展。自動(dòng)抄表在智能化系統(tǒng)之中，是比較能體現(xiàn)”解放生產(chǎn)力”的系統(tǒng)，有的地區(qū)甚至將這一功能列為住宅智能化最重要的功能，這一系統(tǒng)還是正在逐步得到行業(yè)的承認(rèn)口1目前，我國絕大多數(shù)地區(qū)抄取電表的數(shù)據(jù)還是通過人工方式，但是目前人工抄表方式效率低、成本高、質(zhì)量差，直接影響到我國電力企業(yè)的經(jīng)營效益和社會(huì)效益。因此，為了有利于經(jīng)濟(jì)長期穩(wěn)定的發(fā)展，提高人民生活質(zhì)量，構(gòu)建和諧社會(huì)，無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。它可以給我們的電力事業(yè)帶來如下的好處減少抄表人員，減輕抄表勞動(dòng)強(qiáng)度，降低抄表工作的成本。做到準(zhǔn)確、可靠、及時(shí)的抄讀電表，徹底解決了因抄表不同而造成統(tǒng)計(jì)困難這一老大難問題。減少了抄表工作人為的干擾，提高了抄表質(zhì)量和效率，減少不明損失：擴(kuò)充了電能表的計(jì)量功能，形成完善的智能化的輔助計(jì)量系統(tǒng)，為多費(fèi)率、多電價(jià)的實(shí)施創(chuàng)造了條件。令完善了用電的監(jiān)控手段，對(duì)用戶的竊電行為(如：電表反接、電表斷線、摘電壓小勾等)以及表計(jì)故障，實(shí)現(xiàn)了有效的監(jiān)測和記錄，為營業(yè)普查提供了分析依據(jù)，使?fàn)I業(yè)普查活動(dòng)有的放矢。綜上所述，無線抄表技術(shù)是具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義的，而基于無線射頻技術(shù)的無線抄表系統(tǒng)又是無線抄表系統(tǒng)中一個(gè)比較新而且相當(dāng)具有實(shí)用價(jià)值的應(yīng)用，具有成本低廉、擴(kuò)展性和可維護(hù)性好、受地理?xiàng)l件限制較少、安裝旌工簡便、數(shù)據(jù)通信準(zhǔn)確可靠等優(yōu)點(diǎn)，可以預(yù)見，隨著無線通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，全面實(shí)現(xiàn)無線抄表將成為必然趨勢n】1山東大學(xué)碩士論文12配電網(wǎng)絡(luò)中幾種常用的通信方式的比較121電力線載波電力線載波(信是電力系統(tǒng)特有的一種通信方式，在電力通信中應(yīng)用最為廣泛。電力線載波通信瞄3是利用電力線進(jìn)行信息傳送的一種通信方式。根據(jù)所采用電力線的電壓等級(jí)不同，電力線載波又分為輸電線載波(配電線載波(低壓配電線載波(稱入戶線載波)三類。對(duì)于輸電線載波通信，載波頻率一般為00于高、中壓配電線載波通信，載波頻率一般為540于低壓配電線載波通信，載波頻率一般為501 50力線載波方式主要優(yōu)點(diǎn)是利用電力線傳輸，布線簡單，節(jié)省資源，并且與電網(wǎng)建設(shè)同步叩。電力線載波存在著兩大致命的弱點(diǎn)：一個(gè)信號(hào)衰減大。由于電力網(wǎng)絡(luò)的阻抗受負(fù)載影響很大，很難得到一個(gè)準(zhǔn)確的阻抗數(shù)值。信號(hào)在電力線路中的衰減強(qiáng)烈的依賴于負(fù)荷的變化，難以估計(jì)，制約著信號(hào)的傳輸距離；另一個(gè)是噪聲的干擾。國內(nèi)電網(wǎng)復(fù)雜，雜波較多，嚴(yán)重影響著數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量，使數(shù)據(jù)通訊成功率較低。2圖11電力線載波方式抄表山東大學(xué)碩士論文122 設(shè)專用網(wǎng)絡(luò)(一般為雙絞線)，采用一對(duì)平衡的互連電纜上傳輸差分的信號(hào)，在接收端進(jìn)行差分信號(hào)的信號(hào)判決。利用電子技術(shù)和傳感技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)電表、水表、氣表加以改進(jìn)，使其成為遠(yuǎn)傳表在戶外裝一套智能采集單元，采集計(jì)量表傳感器傳出的脈沖并進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。智能采集單元通過數(shù)據(jù)總線聯(lián)網(wǎng)，在數(shù)據(jù)總線上任何一點(diǎn)皆可以用裝有接收卡的計(jì)算機(jī)直實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄收三表數(shù)據(jù)?；谇揖哂袛?shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、可靠性高、傳送距離較遠(yuǎn)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是目前遠(yuǎn)程抄表中廣泛采用的抄表方式，約占所有抄表系統(tǒng)的90左右。采用的總線結(jié)構(gòu)，傳輸?shù)慕橘|(zhì)則是雙絞線，容易引起線路的老化，存在短路，斷線的危險(xiǎn)，如果距離過長或者屏蔽不好，都會(huì)造成失真，數(shù)據(jù)不準(zhǔn)。況且小區(qū)一旦建成，再去布線的工程量比較大，系統(tǒng)維護(hù)和系統(tǒng)檢修比較困難。圖I2 3 供端到端的，廣域的無線的技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，即實(shí)現(xiàn)了用戶數(shù)據(jù)與無線網(wǎng)絡(luò)資源的最佳結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了山東大學(xué)碩士論文遠(yuǎn)在線、快速傳輸、數(shù)據(jù)吞吐量大、按量計(jì)費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)原有的過多個(gè)論峰值達(dá)171s；不同的網(wǎng)絡(luò)用戶共享同一組只有當(dāng)某一個(gè)用戶需要發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時(shí)才會(huì)占用信道資源，這樣通過多用戶的業(yè)務(wù)復(fù)用，更有效地利用了網(wǎng)絡(luò)的信道資源，而且據(jù)數(shù)據(jù)流量進(jìn)行計(jì)費(fèi)，特別適合突發(fā)性、頻繁的小流量數(shù)據(jù)傳輸?？斓玫搅藦V泛的應(yīng)用，在多個(gè)領(lǐng)域如車輛定位和管理系統(tǒng)，車輛調(diào)度系統(tǒng)，路燈照明管理系統(tǒng)，電力的自動(dòng)抄表和設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)，企業(yè)的移動(dòng)辦公等都開發(fā)出了別具特色的應(yīng)用系統(tǒng)。實(shí)際應(yīng)用中，需購買專用本很高，且通信成功率受時(shí)段、物理位置的影響，這是它的主要缺點(diǎn)。： 網(wǎng)絡(luò)j|I：I：-毽-：I：I 遠(yuǎn)程監(jiān)控終端7控制中 4光纖通信光纖通信系統(tǒng)是以光為載波，以光纖為傳輸介質(zhì)的通信系統(tǒng)。根據(jù)傳輸信號(hào)的形式，可以把光纖通信系統(tǒng)分為數(shù)字光纖通信系統(tǒng)和模擬光纖通信系統(tǒng)兩大類。因?yàn)楣饫w的頻帶很寬，對(duì)傳輸數(shù)字信號(hào)十分有利，所以高速率、大容量、長距離的光纖通信系統(tǒng)均為數(shù)字光纖通信系統(tǒng)。4山東大學(xué)碩纖通信的優(yōu)點(diǎn)光纖通信的優(yōu)點(diǎn)與其他通信方式相比，光纖通信具有以下優(yōu)點(diǎn)：由信息理論知道，載波頻率越高，通信容量越大。對(duì)光纖通信而言，載波為光波，頻率很高，可供利用的頻帶很寬，通信容量大，尤其適合高速寬帶信息的傳輸：由于光纖損耗很低(02dB加上采用中繼技術(shù)，傳輸距離大大增加。這對(duì)于長途干線通信、海底光纜通信十分有利；光纖抗電磁干擾能力很強(qiáng)，不怕雷擊和其他工業(yè)設(shè)備的電磁干擾，傳輸可靠性好。光纖系統(tǒng)也沒有發(fā)生電火花的危險(xiǎn)，因此在一些要求防爆的場合使用光纖通信是十分安全的；在運(yùn)用頻帶內(nèi)，光纖對(duì)每一頻率成分的損耗幾乎是一樣的，因此在中繼站和接收端只需采取簡單的均衡措施就可以，設(shè)備相對(duì)簡單2)光纖通信的不足光纖通信仍然存在不足：強(qiáng)度不如金屬線，連接比較困難，連接節(jié)點(diǎn)造價(jià)高，分路與耦合不方便，彎曲半徑不宜太小等。光纖通信系統(tǒng)初期投資大，后期維護(hù)費(fèi)用也較高，這是光纖通信在配電系統(tǒng)中不能得到廣泛應(yīng)用的主要原因。隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，性能價(jià)格比的不斷提高，這種情況會(huì)逐漸改變。由于配電網(wǎng)絡(luò)的分支眾多，分布復(fù)雜，對(duì)于配電網(wǎng)上的分支通道，通信速率通常低于1000s，而且光纖不便于復(fù)用，使光纖通信失去了其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，發(fā)揮不了極高通信率的優(yōu)勢。因此在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，光纖通信更適合作為通信主干線。125無線射頻通信無線射頻技術(shù)n采用無線的方式傳輸數(shù)據(jù)該項(xiàng)技術(shù)采用射頻方式傳輸電表度數(shù)，不論在戶外室內(nèi)均可正確、快速及時(shí)進(jìn)行無線抄表。無線射頻抄表系統(tǒng)包括無線多功能電表和手持抄表器。其中無線多功能電表由電表的電能計(jì)量模塊和無線傳輸模塊集成，在使用上可以完全替代原有傳統(tǒng)電表，并直接實(shí)現(xiàn)計(jì)量數(shù)據(jù)的無線傳輸。手持抄表器能實(shí)現(xiàn)無線抄表功能，可以完成電表數(shù)據(jù)的通訊、存儲(chǔ)、上傳。該項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用是基于兩種技術(shù)發(fā)展的前提下產(chǎn)生的首先要解決的是無線數(shù)據(jù)傳輸模塊必須要求集成度高、可靠性強(qiáng)，低電壓低功耗、能夠在用電池供電的情況下長期工作(68年)，與控制系統(tǒng)連接簡潔明快。第二是要求無線數(shù)據(jù)傳輸模塊工作于公用頻段，不需要申請專用頻段。5有組網(wǎng)十分靈活、方便、維護(hù)簡便等特點(diǎn)，并且避免了有線抄表系統(tǒng)布線不方便、施工量大等問題“。此外無線射頻方式相比電力線載波方式而言，具有無線接入、組剮靈活及通訊速度快等特點(diǎn)$目自#l$ 目自&n 居民樓單 4“自&射頻抄表方式13本文的主要工作本文在分析了各種射頻芯片的性能特點(diǎn)和無線自組網(wǎng)技術(shù)后，提出了一種基于無線射頻技術(shù)的抄表方案。研究工作包括一下內(nèi)容：奪闡述了抄表的工作原理，選擇器件井根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行軟、硬件設(shè)計(jì)奪闡述了無線路由技術(shù)，并結(jié)合實(shí)際情況確定路由方案；奪現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)各種環(huán)境下無線通信數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量；山東大學(xué)碩士論文21系統(tǒng)概述第二章 無線射頻抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主是一種以短距離無線通訊技術(shù)為主集多種通訊方式相結(jié)合、覆蓋范圍廣、使用簡單方便、節(jié)省人力、遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程維護(hù)等特點(diǎn)的表計(jì)采集系統(tǒng)131114。系統(tǒng)使用了最新的短距離無線通訊技術(shù)、485、信等多種通訊手段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其中短距離無線通訊技術(shù)是本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集部分重點(diǎn)使用的通訊方式，系統(tǒng)采用自動(dòng)中繼、自動(dòng)路由等方法構(gòu)成數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域的數(shù)據(jù)傳遞，再經(jīng)由數(shù)據(jù)集中設(shè)備通過前技術(shù)比較先進(jìn)的無線通訊模塊主要由國外廠家生產(chǎn)，設(shè)備成本高，極大地增加了實(shí)際應(yīng)用的成本，給系統(tǒng)推廣帶來巨大困難。在吸取國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，自主研發(fā)符合實(shí)際需要、技術(shù)領(lǐng)先無線通訊模塊151。該模塊具有較高的接收靈敏度、工作頻率寬、低發(fā)射功率、適應(yīng)溫濕度范圍廣、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。同時(shí)為了增強(qiáng)抗干擾能力和衰減能力，模塊使用了自動(dòng)頻率補(bǔ)償和跳頻的技術(shù)，通過這種技術(shù)的使用，無線模塊表現(xiàn)出了良好的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力和抗干擾能力，提高了整個(gè)系統(tǒng)的性能。同時(shí)系統(tǒng)還使用了頻率補(bǔ)償技術(shù)、多頻段跳頻技術(shù)、長字節(jié)數(shù)據(jù)分包機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)、自動(dòng)中繼、干擾源處理等多種技術(shù)手段提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、準(zhǔn)確性，消除了終端孤島的存在。1、集中抄表系統(tǒng)軟件能與省公司、一個(gè)集中器最多可容納250個(gè)采集器*64塊=16000塊居民表，同時(shí)最大可容納256塊變電站大客戶表。3、低壓集中器采用通訊方式為標(biāo)準(zhǔn)壓采集器采用通信方式為標(biāo)準(zhǔn)2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和要求211系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則基于射頻技術(shù)的抄表系統(tǒng)應(yīng)具備一般抄表系統(tǒng)的功能和特點(diǎn)，也就是數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性，系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和安全性等。除此之外，本文的設(shè)計(jì)使其具有一些區(qū)別于一般系統(tǒng)的更高的要求，所有的設(shè)計(jì)原則核心如下：7山東大學(xué)碩士論文保證系統(tǒng)高可靠性、數(shù)據(jù)的高準(zhǔn)確性、完整性和實(shí)時(shí)性。體現(xiàn)在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)中，就是避免硬件結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，并且應(yīng)設(shè)計(jì)自恢復(fù)和自檢測電路；軟件要冗余設(shè)計(jì)，失敗要進(jìn)行重試；保證系統(tǒng)的易擴(kuò)展性。體現(xiàn)在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)中必須整體考慮、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計(jì)，易于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)展和軟硬件高級(jí)功能擴(kuò)展； 保證系統(tǒng)的安全性。體現(xiàn)在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)中就是設(shè)置采用高級(jí)編碼方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理。212系統(tǒng)功能要求我國計(jì)量表具(包括電表、水表、煤氣表)的抄錄、收費(fèi)和管理正朝著集中化、自動(dòng)化、遠(yuǎn)程化的方向發(fā)展，在數(shù)據(jù)采集問題已得到較好解決后，核心問題是表計(jì)數(shù)據(jù)通訊問題。隨著電力系統(tǒng)用戶城市內(nèi)智能化住宅小區(qū)現(xiàn)代化管理水平的不斷提高，小區(qū)用戶電表、水表、煤氣表等數(shù)據(jù)的抄錄已逐步實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)集中抄表，因此一種施工方便、快捷、成本低廉的無線遠(yuǎn)程全自動(dòng)抄表系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生系統(tǒng)是電力公司所轄區(qū)域的所有電表無線抄收系統(tǒng)，本系統(tǒng)功能要求是：1硬件要求：1)市局所轄區(qū)域內(nèi)采用全無線方式抄收；2)每個(gè)采集器最多連接64個(gè)電表，由集中器將各采集器抄得的電表數(shù)據(jù)傳送到抄表中心。同時(shí)集抄系統(tǒng)軟件能與省電力公司的傳抄收的數(shù)據(jù)。3)抄表中心軟件可根據(jù)設(shè)置的不同，改變抄表方式，可將集中器的數(shù)據(jù)定時(shí)向抄表中心發(fā)送，也可以設(shè)置為抄表中心主動(dòng)向集中器要用戶電表數(shù)據(jù)，集中器在接收到抄表指令后，立即向抄表中心發(fā)送需要的數(shù)據(jù)。2軟件要求：a) 查詢所轄區(qū)域內(nèi)所有用戶用電記錄。b) 提供集中、分組、實(shí)時(shí)、點(diǎn)抄、定時(shí)(按用戶順序)自動(dòng)抄表。C) 當(dāng)日、指定日、前日、前某一天(30天)電量的抄錄。8山東大學(xué)碩士論文23系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)目前實(shí)際應(yīng)用的自動(dòng)抄表系統(tǒng)大多采用兩級(jí)通訊網(wǎng)絡(luò)連接的三個(gè)層面的樹狀結(jié)構(gòu)方式。這三個(gè)層面指：前端采集儀表(簡稱儀表)、兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)的交匯節(jié)點(diǎn)一集中器(或許包括分站，簡稱集中器)和系統(tǒng)最終的匯集點(diǎn)一數(shù)據(jù)處理兼計(jì)費(fèi)管理中心(簡稱主站)。而這兩級(jí)通訊網(wǎng)分別是本地抄表網(wǎng)絡(luò)或者是單位的局部網(wǎng)(下級(jí)網(wǎng)絡(luò))與遠(yuǎn)程公共網(wǎng)絡(luò)(上級(jí)網(wǎng)絡(luò))，典型的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)如圖14所示。電力自動(dòng)抄表系統(tǒng)各組成部分及功能：1)主站可設(shè)定抄收間隔和抄表周期：實(shí)時(shí)抄收任意用戶電表電量數(shù)據(jù)：設(shè)置集中器的自動(dòng)抄表周期、抄收間隔、抄讀間隔；多級(jí)操作權(quán)限設(shè)置：精確校時(shí)，統(tǒng)一系統(tǒng)時(shí)間：自診斷，設(shè)備或通信異常報(bào)警和記錄；可凍結(jié)指定時(shí)間累計(jì)電量，計(jì)算線損率及即時(shí)線損。2)采集終端電能量的采集、處理、存儲(chǔ)和通信，根據(jù)權(quán)限設(shè)置初始參數(shù)、抄表間隔、自動(dòng)抄表日：下行信道為電力線等，上行信道為公共有線、無線電話、雙絞線、無線電及其它(光纖、微波)；系統(tǒng)自診斷，存儲(chǔ)器、調(diào)制解調(diào)器、通信異常記錄和報(bào)警；接發(fā)凍結(jié)命令，定時(shí)進(jìn)行電表電能量累計(jì)凍結(jié)，是整個(gè)系統(tǒng)的樞紐。本文著重介紹這一部分。3)客戶終端電表終端電表配置本文所開發(fā)的通信模塊，完成數(shù)據(jù)收發(fā)，實(shí)現(xiàn)抄表功能。是抄表網(wǎng)路的基本構(gòu)成部分。圖14所示的自動(dòng)抄表系統(tǒng)中，采集終端和集中器都裝有無線射頻通信模塊，客戶側(cè)安裝多功能電表，經(jīng)過采集終端通信模塊，通過射頻無線通信信道，將數(shù)據(jù)集中收集到遠(yuǎn)方的集中抄表中心(主站)。在數(shù)據(jù)從底層的客戶電表到達(dá)頂層主站計(jì)算機(jī)的過程中，無線射頻通信模塊其中扮演著重要角色，是本文的重點(diǎn)研究對(duì)象。24通信模塊硬件部分設(shè)計(jì)要使前端儀表和集中器實(shí)現(xiàn)抄表功能，通信模塊至少必須具備以下組件：一片帶個(gè)帶有所需外部元件的根天線，可以是采集終端通信模塊硬件如圖21所示，微處理芯片通過制器充當(dāng)處理芯片寄存器提高了完全集成的驅(qū)動(dòng)程序，免除了主應(yīng)用程序管理射頻芯片收發(fā)數(shù)據(jù)的任務(wù)。該層是網(wǎng)絡(luò)層和物理層的接口層，來自電能表和網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)該層處理，完成抄表功能。微處理芯片通過射頻芯片與集中器以及其他采集終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，通過內(nèi)嵌程序?qū)崿F(xiàn)各種功能。與485接口通信，傳輸集中器指令，采集電能信息，將數(shù)據(jù)上傳至無線網(wǎng)絡(luò)。2射頻芯片選擇一將射頻、805 1通道12位圍元件、電感和濾波器全部集成到單芯片中，并采用248岫工藝，可提供上工作在24 夠在全球無線市場暢通無阻。高傳輸速率超過1s而且比藍(lán)牙具有更高的傳輸速度。它采用需少量外圍元件便可組成射頻收發(fā)電路。與藍(lán)牙不同的是，完全對(duì)用戶透明，同種產(chǎn)品之間可以自由通信。0山東大學(xué)碩士論文(1)是一個(gè)具有很高集成度的無線通信芯片，低電壓、抵功耗采用0181成本24個(gè)收發(fā)系統(tǒng)包括所有的感應(yīng)器和濾波器都在集成在一個(gè)芯片內(nèi)，5大值發(fā)送電流15大接收電流18壓19V，為了減少電流損耗和成本，2)如一個(gè)無線鼠標(biāo)、一個(gè)無線鍵盤。這樣消除了增加兩個(gè)分離的此成本和空間大小都減少了很多。使用芯片上個(gè)特征叫做猝發(fā)(它能解決功率消耗大的問題。典型在一個(gè)功率消耗。(3)全球開放的24足多頻及跳頻需要。高速率1于藍(lán)牙，具有高數(shù)據(jù)吞吐量。極少的外圍元件。只需一個(gè)晶振和一個(gè)電阻。發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)全部通過軟件設(shè)置完成。二是一種理想的超高頻單片收發(fā)器芯片。主要用于業(yè)、科研及醫(yī)療)頻帶和在426，429433，868，915，也可經(jīng)編程后用于頻率為402940如輸出功率、頻率及接收模式下，大后，翻轉(zhuǎn)經(jīng)過積分器(生中頻中頻處理階段，I、大后經(jīng)后進(jìn)行自動(dòng)獲取控制、信道濾波、解調(diào)和二進(jìn)制同步化處理，在可通過竄行接口讀出。發(fā)送模式下，合成的頻輸出是信號(hào)是由饋送到使用一個(gè)高頻濾波器來得到高斯頻移鍵控片內(nèi)部的收發(fā)開關(guān)電路使天線容易接入和匹配。其主要特點(diǎn)有：山東大學(xué)碩士論文1微功率發(fā)射：最大發(fā)射功率為工作頻率在合國家無線管理委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，無需申請頻點(diǎn)。載頻頻率430 15高抗干擾能力和低誤碼率：基于用高效前向糾錯(cuò)信道編碼技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機(jī)干擾的能力，在信道誤碼率為得到實(shí)際誤碼率06。4傳輸距離遠(yuǎn)：在開闊地視距和模塊波特率為24線型號(hào)為片天線，增益距離地面高度為2米，數(shù)據(jù)可先靠傳輸距離可達(dá)600m。天線型號(hào)為度2米，增益78距離地面高度2米，數(shù)據(jù)傳輸距離可達(dá)800米。5大的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)：接口波特率可為244896192s，格式為80181次傳9輸無限長的數(shù)據(jù)幀，用戶編程更靈活。6智能數(shù)據(jù)控制，用戶無需編制多余的程序：即使是半雙工通信，用戶也無需編制多余的程序，只要從接口收發(fā)數(shù)據(jù)即可，其它如空中收發(fā)轉(zhuǎn)換，控制等操作，模塊能夠自動(dòng)完成。7采用窄帶通訊技術(shù)：由于采用得通訊穩(wěn)定性大大增強(qiáng)，抗干擾性能特別好。三00射頻芯片特點(diǎn)及性能00乜們是一種低成本真正單片的低功耗無線應(yīng)用而設(shè)計(jì)。電路主要設(shè)定為在315、433、868和915業(yè)，科學(xué)和醫(yī)學(xué))和距離設(shè)備)頻率波段，也可以容易地設(shè)置為3003480046428個(gè)調(diào)制解調(diào)器支持不同的調(diào)制格式，其數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)500過開啟集成在調(diào)制解調(diào)器上的前向誤差校正選項(xiàng)，能使性能得到提升。據(jù)緩沖、突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸、清晰信道評(píng)估、連接質(zhì)量指示和電磁波激發(fā)提供廣泛的硬件支持。00的主要操作參數(shù)和64位傳輸接收進(jìn)先出堆棧)可通過一個(gè)典型系統(tǒng)里，微控制器及若干被動(dòng)元件一起使用)0腳)頻率波段：30000464282數(shù)據(jù)包誤差率)可編程控制的數(shù)據(jù)傳輸率，可達(dá)500433編程控制的輸出功率，對(duì)所有的支持頻率可達(dá)+片內(nèi)頻率合成器，不需要外部濾波器或有的寄存器能用一個(gè)“突發(fā)轉(zhuǎn)換器控制2)0嫡母掣協(xié)圖2200用作一個(gè)低收的大，再對(duì)中間頻率(積分來向下轉(zhuǎn)換。在動(dòng)增益控制(細(xì)微頻率濾波和解調(diào)位數(shù)據(jù)包同步均數(shù)字化地工作。13山東大學(xué)碩士論文00的發(fā)送器部分基于率合成器包含一個(gè)完整的芯片一個(gè)對(duì)接收模式下的向下轉(zhuǎn)換混頻器產(chǎn)生塊晶體將連接在體振蕩器產(chǎn)生合成器的參考頻率，同時(shí)為數(shù)字部分和個(gè)4線上，在無線抄表網(wǎng)絡(luò)中，采集終端之間空間距離200m1000m，且無線通道內(nèi)干擾比較多，對(duì)芯片傳輸距離和通信質(zhì)量要求較高。遠(yuǎn)達(dá)不到抄表網(wǎng)絡(luò)無線通信距離的要求。帶寬比較窄，芯片受到干擾出現(xiàn)頻率偏差時(shí)易導(dǎo)致通信失敗，引發(fā)調(diào)頻等一系列不必要?jiǎng)幼鳎?0各項(xiàng)性能均滿足需要，因此采樣該芯片作為射頻芯片1。242射頻芯片應(yīng)用電路射頻芯片應(yīng)用電路配置瞳們乜13如下圖：1)數(shù)據(jù)接口14101 ：=圖23 0 O，置。這個(gè)接口同時(shí)用作寫和讀緩存數(shù)據(jù)。一個(gè)典型系統(tǒng)里，00的接口顯示為一個(gè)微控制器。這個(gè)微控制器必須能：控常00的不同模式寫入緩沖數(shù)據(jù)奪通過4線O，回狀態(tài)信息。2)平衡轉(zhuǎn)換器和121，以將00上的微分124也用在直流模塊上)。同一個(gè)合適衡轉(zhuǎn)換器元件也將阻抗轉(zhuǎn)換以匹配50歐的天線(或電纜)。3)晶體振蕩器在262腳之間。振蕩器為在晶體的平行模式操作而設(shè)計(jì)。另外，晶體負(fù)載電容(必須的。負(fù)載電容值由總負(fù)載點(diǎn)容量晶體指定。在指定頻率下，為使晶體振蕩，晶體兩端的總負(fù)載電容值應(yīng)該等于 紕(28。G。寄生電容由引腳輸入電容和寄生電容典型值為2521 外部元件總攬?jiān)?描述字部分的片內(nèi)電壓調(diào)節(jié)器的體負(fù)載電容131 配電容123 配電容F 在在天線中有12I配電感15山東大學(xué)碩士論文123 配電感部偏電流參考的56千歐電阻6通信模塊軟件部分設(shè)計(jì)豳251芯片數(shù)據(jù)交互I，置。這個(gè)接口同時(shí)用作寫和讀緩存數(shù)據(jù)。以主從方式工作，這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備，需要至少4根線，事實(shí)上3根也可以(單向傳輸時(shí))。也是所有基于們是據(jù)輸入)，據(jù)輸出)，鐘)，選)。(1)一主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入(2)一主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出(3)時(shí)鐘信號(hào)，由主設(shè)備產(chǎn)生(4)從設(shè)備使能信號(hào)，由主設(shè)備控制其中就是說只有片選信號(hào)為預(yù)先規(guī)定的使能信號(hào)時(shí)(高電位或低電位)，對(duì)此芯片的操作才有效。這就允許在同一總線上連接多個(gè)下來就負(fù)責(zé)通訊的3根線了。通訊是通過數(shù)據(jù)交換完成的，這里先要知道就是說數(shù)據(jù)是一位一位的傳輸?shù)?。這就是據(jù)輸出通過據(jù)在時(shí)鐘上升沿或下降沿時(shí)改變，在緊接著的下降沿或上升沿被讀取。完成一位數(shù)據(jù)傳輸，輸入也使用同樣原理。這樣，在至少8次時(shí)鐘信號(hào)的改變(上沿和下沿為一次)，就可以完成8位數(shù)據(jù)的傳輸，具體程序見附錄A。252數(shù)據(jù)格式化伍(1)數(shù)據(jù)率設(shè)計(jì)16山東大學(xué)碩士論文傳輸時(shí)數(shù)據(jù)率被使用，或接收時(shí)數(shù)據(jù)率被期望，由和R配置寄存器控制。數(shù)據(jù)率由下式算得。如下式所示，控制的數(shù)據(jù)率由晶體頻率決定。 R：墮型鯊嘿型一(2【(一下面的方法能用來找到對(duì)應(yīng)于給定數(shù)據(jù)率的合適的值：D 020竽L) (23)28刪硒一M=鼉蔫而一256(24)o(2)接收信道濾波帶寬為了滿足不同信道寬度要求，使接收器信道濾波裝置可編程控制。和配置寄存器控制接收器信道濾波帶寬。接收器信道濾波帶寬與晶體振蕩器頻率有關(guān)。下式給出了寄存器值和信道濾波帶寬之間的關(guān)系： 鯽犀(200支持54而，在300敏度和模塊化性能會(huì)稍微降低。為得到最高性能，信道濾波帶寬應(yīng)該選擇為：信號(hào)帶寬最多占80信道濾波帶寬。取決于晶體精確度的信道中心容差也應(yīng)該從信號(hào)帶寬中減去。(3)數(shù)據(jù)包處理和硬件支持傳輸模式下，數(shù)據(jù)包處理器將添加如下元素在存儲(chǔ)在可控?cái)?shù)量的前導(dǎo)字節(jié)一個(gè)二字節(jié)同步詞匯。能被復(fù)制以生成一個(gè)4字節(jié)同步詞匯可選地，用選地，前向誤差編碼和插入數(shù)據(jù)可選地，在數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)計(jì)算和加入據(jù)包處理支持將對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析：前導(dǎo)偵測同步詞匯偵測可選一個(gè)字節(jié)地址檢測可選計(jì)算和檢測選地，用接質(zhì)量指示器和4)數(shù)據(jù)白化從通信觀點(diǎn)來看，無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦硐肭闆r是隨機(jī)和直流隨意的。在占用的波段之上，這個(gè)結(jié)果在最光滑的功率分配之內(nèi)。這也給出了接收一致操作條件(無數(shù)據(jù)依賴)下的調(diào)節(jié)回路。現(xiàn)實(shí)中的數(shù)據(jù)常含有很長序列的0和l。在傳輸數(shù)據(jù)之前將其白化，在接收器里進(jìn)行反白化，可提高性能。使用00，通過設(shè)置，可自動(dòng)完成這一過程。所有的數(shù)據(jù)，除前導(dǎo)和同步詞匯外，在傳輸前將同一個(gè)9位偽隨機(jī)的隨意序(行異或運(yùn)算。在接收端，數(shù)據(jù)被同一偽隨機(jī)的隨意序列異或。這樣，白化被反運(yùn)算，接收端能得到原始數(shù)據(jù)。任何操作均建議設(shè)置，除與其他系統(tǒng)兼容的需要之外。(5)數(shù)據(jù)包格式化數(shù)據(jù)包的格式化能被配置，它包含如下項(xiàng)目：1)前導(dǎo)2)同步詞匯3)長度字節(jié)或恒定可控的數(shù)據(jù)包長度4)可選的地址字節(jié)5)有效載荷6)可選的2字節(jié)序列(01010101)。前導(dǎo)的最小長度是可編程控制的。當(dāng)啟用制器開始傳送前導(dǎo)。當(dāng)前導(dǎo)字節(jié)被傳送完畢，調(diào)制器開始發(fā)送同步詞匯，然后傳送來自制器將繼續(xù)傳送前導(dǎo)字節(jié)，直到第一個(gè)字節(jié)被寫入制器將隨后傳送同步詞匯和數(shù)據(jù)字節(jié)。18山東大學(xué)碩士論文前導(dǎo)字節(jié)的長度由U步詞匯是設(shè)置于步詞匯提供傳入數(shù)據(jù)包的字節(jié)同步。一個(gè)字節(jié)同步詞匯能通過設(shè)置前導(dǎo)形式的過使用或7亦可能仿效一個(gè)32位同步詞匯。此同步詞匯將隨后被重復(fù)2次。變或固定數(shù)據(jù)包長度模式能支持的長度可達(dá)255字節(jié)。對(duì)更長的數(shù)據(jù)包，必須使用無限數(shù)據(jù)包長度模式。恒定數(shù)據(jù)包長度模式由設(shè)置來選擇。理想的數(shù)據(jù)包長度由據(jù)包長度定義為有效載荷數(shù)據(jù)，不包括長度字節(jié)和可選自動(dòng)2據(jù)包格式日U 同 發(fā) 地 數(shù) n，口導(dǎo) 步 送 址據(jù) 的 字區(qū) 校節(jié) 節(jié) 字 節(jié)驗(yàn)節(jié) 長 可度 選(6)接收模式下的數(shù)據(jù)包濾波00支持2種不同的數(shù)據(jù)包濾波標(biāo)準(zhǔn)：地址濾波和最大長度濾波。置包處理機(jī)制將數(shù)據(jù)包種的目的地址字節(jié)同同時(shí)比較。如果接收地址同有效地址匹配，則數(shù)據(jù)包被接收且被寫入地址匹配失敗，則數(shù)據(jù)包被丟棄?？勺償?shù)據(jù)包長度模式下，接收長度字節(jié)值比這個(gè)值大，則數(shù)據(jù)包被丟棄。(7)傳輸模式下的數(shù)據(jù)包處理將被傳送的有效載荷必須寫入可變數(shù)據(jù)包長度可得時(shí)，第一個(gè)待寫入的字節(jié)必須是長度字節(jié)。長度字節(jié)的值等于數(shù)據(jù)包(包括可選地址字節(jié))的有山東大學(xué)碩士論文效載荷。如果固定數(shù)據(jù)包的長度可得，則第一個(gè)寫入此功能在接收端可用的話。調(diào)制器會(huì)先送入控制數(shù)目的前導(dǎo)字節(jié)。如果制器會(huì)發(fā)送2字節(jié)(或4字節(jié))同步詞匯，接著是計(jì)算所有拉入后在有效載荷數(shù)據(jù)末端，這個(gè)結(jié)果被以2個(gè)額外字節(jié)發(fā)送。若白化可用，則長度字節(jié)，有效載荷數(shù)據(jù)和2個(gè)一步在可選錯(cuò)階段完成。設(shè)置，則白化可用。若錯(cuò)器可用，則長度字節(jié)，有效載荷數(shù)據(jù)和2個(gè)被調(diào)制之前，8)接收模式下的數(shù)據(jù)包處理在接收模式下，解調(diào)器和數(shù)據(jù)包處理裝置將會(huì)搜尋有效的前導(dǎo)和同步詞匯。找到后，解調(diào)器就得到了位和字節(jié)同步，然后開始接收第一個(gè)有效載荷字節(jié)。若錯(cuò)開啟，則錯(cuò)裝置將在任何其他處理數(shù)據(jù)的過程之前對(duì)比特進(jìn)行反交錯(cuò)運(yùn)算。如果白化開啟，則這個(gè)階段數(shù)據(jù)將被反白化。若可變數(shù)據(jù)包長度開啟，則第一個(gè)字節(jié)為長度字節(jié)。數(shù)據(jù)包處理裝置把這個(gè)值作為數(shù)據(jù)包長度存儲(chǔ)，且接收長度字節(jié)數(shù)目的字節(jié)。如果固定數(shù)據(jù)包長度開啟，則數(shù)據(jù)包處理裝置會(huì)接收程序控制數(shù)目的字節(jié)。然后，數(shù)據(jù)包處理裝置隨意地檢查地址，地址匹配時(shí)才繼續(xù)進(jìn)行接收。若自動(dòng)數(shù)據(jù)包處理裝置計(jì)算將它同附加有效載荷末端，數(shù)據(jù)包處理裝置將隨意寫入2個(gè)包含接質(zhì)量指示和53數(shù)據(jù)收發(fā)嘲1)接收過程在接收模式下，解調(diào)器和數(shù)據(jù)包處理裝置將會(huì)搜尋有效的前導(dǎo)和同步詞匯。找到后，解調(diào)器就得到了位和字節(jié)同步，然后開始接收第一個(gè)有效載荷字節(jié)。若錯(cuò)開啟，則錯(cuò)裝置將在任何其他處理數(shù)據(jù)的過程之前對(duì)比特進(jìn)行反交錯(cuò)運(yùn)算。如果數(shù)據(jù)白化開啟，則這個(gè)階段數(shù)據(jù)將被反白化。山東大學(xué)碩士論文按照本文規(guī)定的數(shù)據(jù)包格式，第一個(gè)字節(jié)為長度字節(jié)。數(shù)據(jù)包處理裝置把這個(gè)值作為數(shù)據(jù)包長度存儲(chǔ)，且接收長度字節(jié)數(shù)目的字節(jié)。如果固定數(shù)據(jù)包長度開啟，則數(shù)據(jù)包處理裝置會(huì)接收程序控制數(shù)目的字節(jié)。然后，數(shù)據(jù)包處理裝置隨意地檢查地址，地址匹配時(shí)才繼續(xù)進(jìn)行接收。若自動(dòng)數(shù)據(jù)包處理裝置計(jì)算將它同附加有效載荷末端，數(shù)據(jù)包處理裝置將隨意寫入2個(gè)包含接質(zhì)量指示和過通過化流程圖24如下所示圖24接受簡化流程圖當(dāng)無線模塊00接收到數(shù)據(jù)后，先進(jìn)行地址檢測，若與地址寄存器中的值相同，才進(jìn)行接收，否則丟掉此幀(要啟動(dòng)此功能要把接21山東大學(xué)碩士論文收完畢后在進(jìn)行果不正確就放棄此幀，并清空00的接收緩沖區(qū)。正確的話就通過通過)發(fā)送過程將被傳送的有效載荷必須寫入可變數(shù)據(jù)包長度可得時(shí)，第一個(gè)待寫入的字節(jié)必須是長度字節(jié)。長度字節(jié)的值等于數(shù)據(jù)包(包括可選地址字節(jié))的有效載荷。如果固定數(shù)據(jù)包的長度可得，則第一個(gè)寫入此功能在接收端可用的話。調(diào)制器會(huì)先送入控制數(shù)目的前導(dǎo)字節(jié)。如果制器會(huì)發(fā)送2字節(jié)(或4字節(jié))同步詞匯，接著是計(jì)算所有拉入后在有效載荷數(shù)據(jù)末端，這個(gè)結(jié)果被以2個(gè)額外字節(jié)發(fā)送。若白化可用，則長度字節(jié)，有效載荷數(shù)據(jù)和2個(gè)一步在可選錯(cuò)階段完成。設(shè)置，則白化可用。若錯(cuò)器可用，則長度字節(jié)，有效載荷數(shù)據(jù)和2個(gè)被調(diào)制之前，上層有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，通過00的發(fā)送緩沖區(qū)發(fā)送過程中00會(huì)自動(dòng)加上前導(dǎo)字節(jié)、同步字、化流程圖如25山東大學(xué)碩士論文， 、( 發(fā)送結(jié)束 】 圖25發(fā)送流程圖山東大學(xué)碩士論文第三章無線抄表路由技術(shù)31無線射頻技術(shù)不足及解決方案根據(jù)國家法律法規(guī)的規(guī)定和電子器件性能的限制，射頻芯片的功率較小，覆蓋區(qū)域有限，有效通信距離在100據(jù)實(shí)際情況，我們可以得到一種采集終端和集中器的典型拓?fù)?