低壓無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)的研究.pdf

1、隨著電子通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,我國計(jì)量表具(包括電表、水表、煤氣表)的抄錄、收費(fèi)和管理正向著集中化、自動(dòng)化、遠(yuǎn)程化的方向發(fā)展。目前城市內(nèi)新建住宅小區(qū)現(xiàn)代化管理水平不斷提高,小區(qū)用戶電表、水表、煤氣表等表計(jì)在安裝時(shí)即實(shí)現(xiàn)了集中化管理,并具有數(shù)據(jù)通訊接口,方便進(jìn)行數(shù)據(jù)的集中采集。目前主要采用支持GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)的集中采集設(shè)備完成對(duì)小區(qū)用戶表計(jì)數(shù)據(jù)的采集,并通過公用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與主站管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。但是占用戶大多數(shù)的普通住宅居

2、民用戶、尤其是農(nóng)村居民用戶具有表計(jì)安裝分散的特點(diǎn),對(duì)于這類用戶使用GPRS或CDMA通道的集中采集設(shè)備的成本太高。針對(duì)這類用戶,我們需要研發(fā)一種新型的表計(jì)采集系統(tǒng)。本篇論文所研究的正是一種基于三層抄表架構(gòu)、以短距離無線通訊技術(shù)為主,多種通訊方式相結(jié)合,具有覆蓋范圍廣、使用簡(jiǎn)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)。
　　 整個(gè)系統(tǒng)由主站軟件系統(tǒng)和遠(yuǎn)程集抄設(shè)備兩部分組成。主站軟件通過遠(yuǎn)程通信信道可以實(shí)現(xiàn)對(duì)安裝在用戶

3、現(xiàn)場(chǎng)的集抄終端的管理,編制下發(fā)抄收任務(wù),發(fā)送負(fù)荷控制,接收終端報(bào)警數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)網(wǎng)損、線損、用電量統(tǒng)計(jì)以及多種數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計(jì)分析。該系統(tǒng)的遠(yuǎn)程集抄終端設(shè)備包括采集器和集中器兩種,其中采集器安裝在用戶表計(jì)附近,根據(jù)主站下發(fā)的抄收方案對(duì)多個(gè)電能表的電能量數(shù)據(jù)及相關(guān)用電信息進(jìn)行集中抄讀、監(jiān)測(cè)、管理；集中器則實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)采集器的數(shù)據(jù)抄收、運(yùn)行管理、任務(wù)下發(fā)、參數(shù)設(shè)置等功能,一般安裝在多個(gè)采集器的中心位置。集中器與采集器間的通訊方式采用的微功耗無線

4、方式；集中器與主站之間則采用無線公網(wǎng)進(jìn)行通訊。本文主要論述了低壓無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法,主要包括主站的軟件設(shè)計(jì)和集中器、采集器硬件終端的軟件設(shè)計(jì)兩大部分,并著重介紹集抄終端的軟件設(shè)計(jì)。
　　 在一個(gè)由一臺(tái)集中器、多臺(tái)采集器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)中,集中器與采集器的通訊通過微功耗無線進(jìn)行。設(shè)備兩兩間的通訊質(zhì)量不同,無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)際運(yùn)行中又有各種可能的復(fù)雜情況出現(xiàn),受到現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境如房屋、樹林、樓房、干擾設(shè)備等因素的影響,集中器并不能與所

5、有的采集器直接通訊。距離集中器較遠(yuǎn)的采集器或受干擾、信號(hào)損失較大的采集器必須通過其它距離集中器較近的采集器作為中繼設(shè)備完成通訊。為了提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性,本系統(tǒng)中使用了多種先進(jìn)的技術(shù)手段來解決無線通訊中的問題,主要包括無線模塊的頻率補(bǔ)償技術(shù)、跳頻技術(shù)、長(zhǎng)數(shù)據(jù)的處理機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)、中繼表自動(dòng)建立與維護(hù)、干擾源自動(dòng)處理等技術(shù)手段,這在目前其它的類似系統(tǒng)中是比較先進(jìn)的。重點(diǎn)問題具體說明如下:
　　 ●數(shù)據(jù)拆包機(jī)制
　　

6、 針對(duì)無線通訊的干擾問題,以及長(zhǎng)數(shù)據(jù)包發(fā)送時(shí)的丟包問題,采用自動(dòng)分幀的方式進(jìn)行處理。將長(zhǎng)數(shù)據(jù)包分拆為若干個(gè)短數(shù)據(jù)包,依次進(jìn)行發(fā)送,接收端負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)包的組合,組成完整的長(zhǎng)數(shù)據(jù)。
　　 ●網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)
　　 根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)弱的不同,數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)數(shù)據(jù)包的所能允許的最大長(zhǎng)度有所不同。集中器可以自動(dòng)根據(jù)當(dāng)前情況測(cè)試,找出數(shù)據(jù)發(fā)送穩(wěn)定性最高、誤碼率最低,合適的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度自動(dòng)的適應(yīng)當(dāng)?shù)氐木W(wǎng)絡(luò)情況。
　　 ●自動(dòng)建立中繼表

7、r>　　 無線通訊中,對(duì)于處于集中器遠(yuǎn)端,通訊不易直接到達(dá)的采集器,要通過其它采集器進(jìn)行中繼實(shí)現(xiàn)通訊。如何為每一臺(tái)采集器找到多條到達(dá)集中器的通訊路徑,并得到一條最優(yōu)路徑?本文根據(jù)實(shí)際情況,提出一個(gè)切實(shí)可行的路由分層遞歸查找算法來解決此問題。并在日常數(shù)據(jù)抄收時(shí)不斷更新維護(hù)中繼表,以確保除設(shè)備故障外其它所有采集器均可正常通訊。
　　 ●干擾源處理
　　 引起無線通訊質(zhì)量差、誤碼率高的一個(gè)重要因?yàn)槭瞧渌O(shè)備的無線干擾問題。當(dāng)

8、一個(gè)集中器工作時(shí),如果周圍有其它集中器或無線設(shè)備以相同頻率同時(shí)在工作的話,通常的后果是兩臺(tái)設(shè)備都無法進(jìn)行正常通訊。因此對(duì)于這種干擾源的問題需要進(jìn)行處理。系統(tǒng)對(duì)這類問題主要采用跳頻的方式來避開干擾源的干擾頻率。
　　 ● Flash讀寫均衡
　　 集抄終端采用嵌入式平臺(tái)開發(fā),使用Flash芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ),因?yàn)楸鞠到y(tǒng)中集中器所用芯片存儲(chǔ)容量只有4M,但是需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量又非常多,所以本文提出動(dòng)態(tài)空間分配方案以實(shí)現(xiàn)在較小的F

9、lash上進(jìn)行最優(yōu)化存儲(chǔ)。另外,針對(duì)Flash擦寫次數(shù)有限,容易出現(xiàn)壞塊等問題,本文也提出了中間構(gòu)件的思想來實(shí)現(xiàn)Flash讀寫均衡并有效進(jìn)行壞塊管理。
　　 本文對(duì)作為集抄終端的集中器、采集器的軟件設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了詳細(xì)論述,對(duì)于主站軟件系統(tǒng)做了概括性說明。文中針對(duì)集抄終端無線通訊的技術(shù)難點(diǎn)問題、大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)效率問題等提出了行之有效的解決方案。文章最后對(duì)于當(dāng)前計(jì)算機(jī)開發(fā)中比較流行的一些軟件技術(shù)在低壓無線集抄系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了一定的